轮胎抓地性能仿真分析方法及胎冠结构对其影响研究

发布时间：2017-08-03 11:19

  本文关键词：轮胎抓地性能仿真分析方法及胎冠结构对其影响研究

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【摘要】：汽车工业迅猛发展的同时,汽车安全问题备受关注。轮胎的抓地性能是直接影响汽车安全的重要因素,欧盟、美国、日本等的轮胎标签法以及我国出台的《绿色轮胎技术规范》对轮胎的抓地性能提出了明确的要求及实施期限。轮胎作为汽车与路面连接的唯一部件,其胎冠结构对抓地性能有着直接影响。面对日益严格的法规要求,研究轮胎抓地性能仿真分析方法、探索提升抓地性能的轮胎结构设计方法具有重要的理论意义和工程应用价值。本文在摩擦磨损试验机上进行了轮胎橡胶摩擦特性试验,研究了摩擦系数随压力和滑移速度的变化规律,提出考虑压力和速度影响的摩擦模型;通过ABAQUS软件中FRIC_COEF编写摩擦模型子程序,并建立再现橡胶摩擦特性试验过程的有限元分析模型,仿真分析了不同压力和滑移速度下的摩擦力矩,并与试验结果比对,验证本文所提摩擦模型的有效性。以295/80R22.5载重子午线轮胎为研究对象,通过ABAQUS软件建立轮胎有限元分析模型,采用本文提出的摩擦模型模拟轮胎与路面的接触特性,通过控制轮胎的角速度实现ABS作用,采用最佳滑移率对应的摩擦力评价轮胎的抓地性能。为提升轮胎的抓地性能,以轮胎与路面间的最大摩擦力为优化目标,选取胎面弧结构和纵沟布局作为设计变量,基于响应面法建立优化数学模型,懫用遗传算法对响应面模型进行优化,并对优化轮胎进行了磨损性能分析,结论如下:胎肩处纵沟间距越小、胎面处纵沟间距越大、胎冠弧高越小时,轮胎与路面间摩擦力越大;优化后轮胎接地压力偏度值降低,接地面积增加,实现了在不降低轮胎磨损性能的前提下提升了2%的抓地性能。采用有限元和相关性分析相结合的方法,研究了不同接地特征参数与抓地性能的关系,为子午线轮胎结构设计提供指导方向。为研究花纹结构对抓地性能的影响,由整胎模型计算结果提供简化边界条件,对单节距花纹的抓地性能进行仿真分析,以花纹与地面间摩擦力作为评价指标,探索花纹结构参数对抓地性能的影响规律;并提出仿生横向花纹沟设计,实现花纹抓地性能的提升。
【关键词】：轮胎抓地性能 摩擦模型 接地特性 相关性分析 胎冠结构
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.341
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 课题背景与研究意义11-12
• 1.1.1 课题背景11
• 1.1.2 研究目的与意义11-12
• 1.2 轮胎抓地性能研究现状12-14
• 1.2.1 胎面橡胶摩擦特性研究12-13
• 1.2.2 轮胎抓地性能研究13-14
• 1.3 轮胎接地特性研究现状14
• 1.4 本文研究内容14-16
• 第二章 轮胎橡胶与路面间摩擦模型研究16-24
• 2.1 轮胎与路面摩擦机理16
• 2.2 橡胶摩擦特性试验16-19
• 2.2.1 试验设备及原理16-17
• 2.2.2 试验方法17-19
• 2.3 测试结果分析19-20
• 2.3.1 压力对摩擦系数的影响19
• 2.3.2 速度对摩擦系数的影响19-20
• 2.4 摩擦模型20-23
• 2.4.1 摩擦模型的建立20-21
• 2.4.2 摩擦模型的算法实现21-22
• 2.4.3 胎面橡胶摩擦特性的仿真分析22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第三章 胎冠结构对轮胎抓地性能的影响研究24-45
• 3.1 轮胎有限元模型建立及试验验证24-28
• 3.1.1 轮胎有限元分析模型建立24-27
• 3.1.2 轮胎有限元分析模型的试验验证27-28
• 3.2 轮胎抓地性能仿真分析及评价方法28-30
• 3.3 基于响应面法的胎冠结构对抓地性能的优化分析30-38
• 3.3.1 设计变量30-31
• 3.3.2 响应面模型的建立及误差分析31-35
• 3.3.3 轮胎抓地性能优化设计35-36
• 3.3.4 优化轮胎的磨损性能分析36-38
• 3.4 轮胎抓地性能和接地特性的关系研究38-44
• 3.4.1 Pearson相关性分析法38-39
• 3.4.2 各方案的接地特性仿真结果39-41
• 3.4.3 轮胎接地特征参数与抓地性能的关系41-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 花纹结构参数对抓地性能的影响研究45-54
• 4.1 单节距花纹抓地性能仿真分析方法45-46
• 4.1.1 单节距花纹模型边界条件的确定45
• 4.1.2 单节距花纹抓地过程仿真分析45-46
• 4.2 花纹结构参数对抓地性能的影响研究46-50
• 4.2.1 花纹沟深度对抓地性能的影响46-48
• 4.2.2 花纹沟角度对抓地性能的影响48-50
• 4.3 仿生横向花纹沟设计50-52
• 4.4 本章小结52-54
• 第五章 结论和展望54-57
• 5.1 研究工作总结54-55
• 5.2 论文的主要创新点55
• 5.3 工作展望55-57
• 参考文献57-60
• 致谢60-61
• 硕士期间发表的论文61

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本文编号：614112