全钢子午线轮胎疲劳寿命仿真研究

发布时间：2017-08-05 22:01

  本文关键词：全钢子午线轮胎疲劳寿命仿真研究

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【摘要】：轮胎的疲劳耐久性能对车辆行驶安全影响巨大。在高速行驶过程中,轮胎突然发生疲劳破坏将导致严重的交通事故。尤其是全钢子午线轮胎,因其恶劣的工作环境,更容易发生疲劳破坏。因此,国家相关法规对全钢子午线轮胎的疲劳耐久性能提出了强制性要求,达到强制标准的轮胎才能够进入市场,迫使轮胎企业加大研发力度、提升轮胎品质。目前,轮胎疲劳寿命的测定主要采用试验方法,耗时费力,严重制约着开发效率的提高。计算机性能的高速发展和有限元方法的不断完善,使得依靠有限元仿真方法研究轮胎疲劳寿命成为可能。本文以某规格型号的全钢子午线轮胎为研究对象,基于断裂力学理论,采用有限元软件ABAQUS中的全局-局部模型技术在轮胎疲劳破坏危险位置建立局部裂纹模型,仿真计算轮胎的疲劳寿命。首先,建立全钢子午线轮胎有限元模型,即全局轮胎模型。对轮胎进行充气和径向加载仿真分析后,采用稳态传输计算方法,将轮胎加载到自由滚动工况以模拟室内高速耐久试验。然后,根据轮胎有限元模型在一定速度下的自由滚动仿真计算结果,在容易发生疲劳破坏的带束端部,分析确定局部裂纹模型的具体位置。基于全局-局部模型技术,建立不同裂纹尺寸的局部模型,计算裂纹尖端J积分。最后,根据J积分计算结果,采用疲劳寿命公式计算轮胎疲劳寿命,并与试验结果进行对比分析,说明仿真结果的有效性与合理性。此外,本文还研究了不同轮胎结构对疲劳寿命的影响。显然,轮胎疲劳寿命的有限元仿真评价方法,将为轮胎疲劳寿命快速提升提供有效的技术支持。后续研究中,将考虑轮胎行驶过程中生热现象对疲劳寿命的影响,进一步提高仿真分析精度。
【关键词】：全钢子午线轮胎 疲劳寿命 全局-局部模型技术 裂纹 J积分
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.341.6
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 论文背景及研究意义10-12
• 1.2 轮胎疲劳耐久研究现状12-19
• 1.3 本文主要研究工作及章节安排19-21
• 第二章 全钢子午线轮胎有限元模型21-42
• 2.1 全钢子午线轮胎基本结构21-23
• 2.2 轮胎材料模型23-29
• 2.2.1 超弹性橡胶材料23-26
• 2.2.2 骨架材料26-29
• 2.3 单元类型29-30
• 2.4 接触问题30-33
• 2.4.1 接触相互作用30-32
• 2.4.2 接触属性32-33
• 2.5 稳态传输方法33-34
• 2.6 全钢子午线轮胎有限元模型建模34-41
• 2.6.1 轮胎网格划分34-36
• 2.6.2 静态加载36-38
• 2.6.3 稳态滚动38-40
• 2.6.4 轮胎径向刚度验证40-41
• 2.7 本章小结41-42
• 第三章 局部裂纹有限元模型42-58
• 3.1 断裂力学基本理论42-47
• 3.1.1 断裂力学的产生与发展42-43
• 3.1.2 裂纹断裂模式43-44
• 3.1.3 J积分理论44-46
• 3.1.4 橡胶材料断裂力学46-47
• 3.2 全局-局部模型技术47-50
• 3.2.1 全局-局部模型技术特点47-48
• 3.2.2 全局-局部模型技术原理48-49
• 3.2.3 全局-局部模型技术基本流程49-50
• 3.3 预置裂纹的局部模型建模50-57
• 3.3.1 局部模型50-53
• 3.3.2 局部模型建模过程53-57
• 3.4 本章小结57-58
• 第四章 轮胎疲劳寿命仿真分析与评价58-70
• 4.1 轮胎疲劳耐久试验58-61
• 4.1.1 轮胎疲劳耐久试验方法58-59
• 4.1.2 高速疲劳耐久试验59-61
• 4.2 轮胎疲劳寿命仿真计算结果及评价61-67
• 4.2.1 轮胎疲劳裂纹扩展速率61
• 4.2.2 仿真结果处理与分析61-64
• 4.2.3 轮胎疲劳寿命计算64-67
• 4.3 轮胎结构改变对疲劳寿命的影响67-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第五章 总结与展望70-72
• 5.1 总结70-71
• 5.2 论文研究的不足与展望71-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果76-77
• 致谢77-78
• 答辩委员会对论文的评定意见78

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本文编号：627086