流场特性对轮胎滑水性能影响规律及提升方法的研究
发布时间：2022-01-19 16:27
阴雨天气下,汽车引发的道路交通事故比正常情况下高得多,主要原因之一就是滑水的产生。为了改善轮胎的滑水性能,保障人身安全以及减小财产损失,多数学者展开基于结构特性对轮胎滑水性能影响的研究,很少通过流体域特性表征滑水性能。因此,综合轮胎非线性与流场特性进行轮胎滑水性能分析是一重要技术方向。本文旨在研究轮胎滑水流固耦合数值模拟分析方法,从流场特性方面分析轮胎滑水性能机理,结合流场特性所得规律,提出提升滑水性能的花纹结构优化方法,这对于高性能轮胎的设计与应用具有重要的指导意义。本文分析了轮胎在湿滑路面上发生滑水现象的相关机理及影响因素,结合当前研究过程中所用到的数值方法,对本研究中所涉及到的控制方法及模拟算法做了选择。本研究将通过ANSYS workbench平台以185/60 R15型垂直花纹轮胎作为研究对象,搭建了轮胎-路面壳体模型,其有效性通过设计该型号轮胎的径向刚度试验得以验证。以该轮胎模型为滑水仿真对象,探究了单、双向流固耦合两种算法下的仿真分析,并做出了不同耦合算法对胎面动水压力的对比分析,最后将两种耦合算法下所得滑水速度与Dunlap滑水经验公式结果比对验证,不仅说明了该轮胎滑水...
【文章来源】：山东理工大学山东省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
012年至2019年我国汽车存有量Fig.1.1China"svehiclestockfrom2012to2019
山东理工大学硕士学位论文第一章绪论2（a）（b）图1.2雨天道路交通安全事故Fig.1.2Roadtrafficaccidentsinrainydays车辆行驶的安全性一方面受驾驶司机的个人驾驶习惯，另一方面和道路以及行车环境因素极为相关。在下雨天所引发的汽车道路交通事故比正常晴天情况下要高很多，主要原因之一就是滑水的产生。为了改善轮胎的滑水性能，保障人身安全以及减小财产损失，迫切需要开展更深一步的轮胎抗滑水特性研究。出于对汽车驾驶安全的综合考量，欧盟地区和其他地区国家纷纷出台了新的轮胎标签法，对车辆行驶轮胎的湿滑性能方面提出了更为严格的要求。因此，如何有效地提升车辆轮胎滑水性能，尽可能的避免因滑水造成的交通事故损失是当前轮胎科研工作人员急需解决攻克的一个重要问题。目前，基于轮胎流场特性，通过分析流体运动的形式进而探究轮胎滑水性能机理的研究还鲜有涉及。因此，综合轮胎非线性与流场特性进行轮胎滑水性能的分析是一个具有重要意义的技术方向。本文旨在研究轮胎滑水流固耦合数值模拟分析方法，从轮胎流场特性方面分析轮胎滑水性能相关机理，结合流场特性所得规律，提出提升滑水性能的花纹结构优化改型方法，这对于高性能轮胎的开发设计与应用具有重要的指导意义。1.2轮胎滑水性能研究现状轮胎在积水路面的滑水性能很大程度地影响到汽车的驾驶安全性，相关科研人员早期的研究工作已证实了这一点，并且对轮胎的滑水性能的研究投入了相当的精力与物力。现有的相关科研成果文献表明，汽车轮胎滑水的机理性研究以及性能提升研究成果显著。通过对此相关成果的概括总结不难发现，阴雨天气下车辆轮胎与积水道路面相互之间的力学作用分析途径大体可分为三大类研究方法，无论是国内研究或是国
山东理工大学硕士学位论文第一章绪论4复杂花纹轮胎模型的临界滑水速度。2000年，Seta等[6]科研人员基于MSC.Dytran计算机辅助仿真软件揭示了指定轮胎转速下的滑水模拟分析，并设计了相同工况下的滑水试验。得出水流产生的动压力与汽车行驶速度正相关，仿真和试验接触印迹四周水流对比，如图1.3所示。（a）仿真（b）试验图1.3轮胎周边水流分布仿真与试验对比Fig.1.3Simulationandexperimentalcomparisonofwaterflowdistributionaroundthetire2001年，Persson等[7]为了获知雨水天气下，汽车在积水道路行驶抓地系数会随积水增加迅速降低的原由，在已有相关结论指导下，结合粘弹性相关理论对湿滑行驶这一过程综合探究，总结出了轮胎变形情况下求解汽车抓地系数的方法。2001年，Okano等[8]通过计算机仿真软件MSC.Dytran分别模拟仿真出多款基于简单胎面花纹形式的沟槽轮胎所对应的临界滑水速度预测值，并通过设计相关试验获得检测数据与仿真模拟值进行对比分析，证明模拟方法的有效性。该仿真模型通过拉格朗日方程和欧拉方程模拟轮胎滑水过程的轮胎变形和水流流动。2002年，Rooney等[9]对全地形车辆轮胎在干、湿表面的滚动阻力和打滑性能进行了预测，并通过接触区域接地形状和压力分布优化胎面花纹以改善水流通过量。2006年，Cho等[10]通过计算机仿真模拟的方法分析探究了复杂沟槽轮胎在有积水层湿滑路面上的打滑性能，并且采用耦合方法攻克了胎面与周围水流之间的复杂接触难题。2007年，Ong等[11]主要以结构力学和流体动力学等为基础，对轮胎滑水模型的搭建提供了理论支持，明细了滑水过程的有关机理。模型仿真方面通过构建完善可靠的轮胎三维仿真模型，在轮胎-水膜-路面三方面间的相互作用分析上取得十分突出的成果，极大推进了今后轮胎滑水性能?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于路表分形摩擦理论的整车雨天制动性能模拟[J]. 黄晓明,曹青青,刘修宇,陈嘉颖,周兴林. 吉林大学学报(工学版). 2019(03)
[2]基于CFD的轮胎滑水及其性能影响因素分析[J]. 周海超,陈磊,翟辉辉,雷利利. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2017(01)
[3]潮湿沥青路面抗滑性能数值模拟[J]. 杨军,王昊鹏,吴琦. 长安大学学报(自然科学版). 2016(03)
[4]沥青道面摩擦系数随水膜厚度的变化规律[J]. 赵鸿铎,伍梦竹,吴世涛. 中国民航大学学报. 2015(02)
[5]基于FLUENT软件轮胎滑水现象模拟研究[J]. 吴琦,杨军. 交通信息与安全. 2014(02)
[6]轮胎滑水特性的CFD分析[J]. 王国林,邓元,金梁,梁晨. 橡胶工业. 2013(07)
[7]轮胎滑水的CFD计算方法研究[J]. 王国林,金梁. 计算力学学报. 2012(04)
[8]基于FLUENT软件的雨天轮胎动水压强的影响因素研究[J]. 董斌,陈明磊,唐伯明,刘唐志. 公路交通科技. 2012(04)
[9]湿滑路面上固体颗粒对轮胎附着性能的影响[J]. 徐新泉,刘伟,刘焜. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2012(02)
[10]复杂花纹子午线轮胎水滑特性仿真研究[J]. 王长建,臧孟炎. 橡胶工业. 2011(10)
博士论文
[1]花纹结构对轮胎花纹沟噪声和滑水性能影响规律及协同提升方法研究[D]. 周海超.江苏大学 2013
硕士论文
[1]轮胎花纹排水性的有限元仿真及结构优化[D]. 孙熙林.青岛科技大学 2019
[2]轮胎滑水与噪声性能关系及协同提升方法研究[D]. 钱浩.江苏大学 2019
[3]积水路面轮胎抓着性能仿真研究[D]. 闫治仲.吉林大学 2017
[4]基于ABAQUS的子午线轮胎的非线性有限元分析[D]. 杜春娟.重庆交通大学 2012
[5]汽车轮胎在泥泞路面行驶过程三维有限元计算[D]. 唐宏.华中科技大学 2006
本文编号：3597187
【文章来源】：山东理工大学山东省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
012年至2019年我国汽车存有量Fig.1.1China"svehiclestockfrom2012to2019
山东理工大学硕士学位论文第一章绪论2（a）（b）图1.2雨天道路交通安全事故Fig.1.2Roadtrafficaccidentsinrainydays车辆行驶的安全性一方面受驾驶司机的个人驾驶习惯，另一方面和道路以及行车环境因素极为相关。在下雨天所引发的汽车道路交通事故比正常晴天情况下要高很多，主要原因之一就是滑水的产生。为了改善轮胎的滑水性能，保障人身安全以及减小财产损失，迫切需要开展更深一步的轮胎抗滑水特性研究。出于对汽车驾驶安全的综合考量，欧盟地区和其他地区国家纷纷出台了新的轮胎标签法，对车辆行驶轮胎的湿滑性能方面提出了更为严格的要求。因此，如何有效地提升车辆轮胎滑水性能，尽可能的避免因滑水造成的交通事故损失是当前轮胎科研工作人员急需解决攻克的一个重要问题。目前，基于轮胎流场特性，通过分析流体运动的形式进而探究轮胎滑水性能机理的研究还鲜有涉及。因此，综合轮胎非线性与流场特性进行轮胎滑水性能的分析是一个具有重要意义的技术方向。本文旨在研究轮胎滑水流固耦合数值模拟分析方法，从轮胎流场特性方面分析轮胎滑水性能相关机理，结合流场特性所得规律，提出提升滑水性能的花纹结构优化改型方法，这对于高性能轮胎的开发设计与应用具有重要的指导意义。1.2轮胎滑水性能研究现状轮胎在积水路面的滑水性能很大程度地影响到汽车的驾驶安全性，相关科研人员早期的研究工作已证实了这一点，并且对轮胎的滑水性能的研究投入了相当的精力与物力。现有的相关科研成果文献表明，汽车轮胎滑水的机理性研究以及性能提升研究成果显著。通过对此相关成果的概括总结不难发现，阴雨天气下车辆轮胎与积水道路面相互之间的力学作用分析途径大体可分为三大类研究方法，无论是国内研究或是国
山东理工大学硕士学位论文第一章绪论4复杂花纹轮胎模型的临界滑水速度。2000年，Seta等[6]科研人员基于MSC.Dytran计算机辅助仿真软件揭示了指定轮胎转速下的滑水模拟分析，并设计了相同工况下的滑水试验。得出水流产生的动压力与汽车行驶速度正相关，仿真和试验接触印迹四周水流对比，如图1.3所示。（a）仿真（b）试验图1.3轮胎周边水流分布仿真与试验对比Fig.1.3Simulationandexperimentalcomparisonofwaterflowdistributionaroundthetire2001年，Persson等[7]为了获知雨水天气下，汽车在积水道路行驶抓地系数会随积水增加迅速降低的原由，在已有相关结论指导下，结合粘弹性相关理论对湿滑行驶这一过程综合探究，总结出了轮胎变形情况下求解汽车抓地系数的方法。2001年，Okano等[8]通过计算机仿真软件MSC.Dytran分别模拟仿真出多款基于简单胎面花纹形式的沟槽轮胎所对应的临界滑水速度预测值，并通过设计相关试验获得检测数据与仿真模拟值进行对比分析，证明模拟方法的有效性。该仿真模型通过拉格朗日方程和欧拉方程模拟轮胎滑水过程的轮胎变形和水流流动。2002年，Rooney等[9]对全地形车辆轮胎在干、湿表面的滚动阻力和打滑性能进行了预测，并通过接触区域接地形状和压力分布优化胎面花纹以改善水流通过量。2006年，Cho等[10]通过计算机仿真模拟的方法分析探究了复杂沟槽轮胎在有积水层湿滑路面上的打滑性能，并且采用耦合方法攻克了胎面与周围水流之间的复杂接触难题。2007年，Ong等[11]主要以结构力学和流体动力学等为基础，对轮胎滑水模型的搭建提供了理论支持，明细了滑水过程的有关机理。模型仿真方面通过构建完善可靠的轮胎三维仿真模型，在轮胎-水膜-路面三方面间的相互作用分析上取得十分突出的成果，极大推进了今后轮胎滑水性能?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于路表分形摩擦理论的整车雨天制动性能模拟[J]. 黄晓明,曹青青,刘修宇,陈嘉颖,周兴林. 吉林大学学报(工学版). 2019(03)
[2]基于CFD的轮胎滑水及其性能影响因素分析[J]. 周海超,陈磊,翟辉辉,雷利利. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2017(01)
[3]潮湿沥青路面抗滑性能数值模拟[J]. 杨军,王昊鹏,吴琦. 长安大学学报(自然科学版). 2016(03)
[4]沥青道面摩擦系数随水膜厚度的变化规律[J]. 赵鸿铎,伍梦竹,吴世涛. 中国民航大学学报. 2015(02)
[5]基于FLUENT软件轮胎滑水现象模拟研究[J]. 吴琦,杨军. 交通信息与安全. 2014(02)
[6]轮胎滑水特性的CFD分析[J]. 王国林,邓元,金梁,梁晨. 橡胶工业. 2013(07)
[7]轮胎滑水的CFD计算方法研究[J]. 王国林,金梁. 计算力学学报. 2012(04)
[8]基于FLUENT软件的雨天轮胎动水压强的影响因素研究[J]. 董斌,陈明磊,唐伯明,刘唐志. 公路交通科技. 2012(04)
[9]湿滑路面上固体颗粒对轮胎附着性能的影响[J]. 徐新泉,刘伟,刘焜. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2012(02)
[10]复杂花纹子午线轮胎水滑特性仿真研究[J]. 王长建,臧孟炎. 橡胶工业. 2011(10)
博士论文
[1]花纹结构对轮胎花纹沟噪声和滑水性能影响规律及协同提升方法研究[D]. 周海超.江苏大学 2013
硕士论文
[1]轮胎花纹排水性的有限元仿真及结构优化[D]. 孙熙林.青岛科技大学 2019
[2]轮胎滑水与噪声性能关系及协同提升方法研究[D]. 钱浩.江苏大学 2019
[3]积水路面轮胎抓着性能仿真研究[D]. 闫治仲.吉林大学 2017
[4]基于ABAQUS的子午线轮胎的非线性有限元分析[D]. 杜春娟.重庆交通大学 2012
[5]汽车轮胎在泥泞路面行驶过程三维有限元计算[D]. 唐宏.华中科技大学 2006
本文编号：3597187
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3597187.html
最近更新
教材专著
