輪胎非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的研究.pdf

1、論文從輪胎在行駛過程中的滯后生熱和與地面的摩擦生熱兩種影響因素入手，研究從“起動(dòng)到穩(wěn)態(tài)行駛”階段的非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的變化規(guī)律。在綜述輪胎基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，分析了國(guó)內(nèi)外對(duì)輪胎溫度場(chǎng)研究的進(jìn)展及開展本課題研究的目的與意義，給出了本文主要研究的內(nèi)容和可期待的研究結(jié)果。 在分析輪胎滯后生熱的機(jī)理上，對(duì)輪胎變形的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行概括，用實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)輪胎所用十種膠料的生熱率進(jìn)行了研究。從頻率及溫度對(duì)生熱的影響出發(fā)，研究了每種膠料的生熱率隨溫度

2、及頻率的變化關(guān)系，得到了生熱率隨兩者的定量變化關(guān)系式，在輪胎溫度場(chǎng)研究中可直接應(yīng)用，簡(jiǎn)化了計(jì)算。 采用激光擴(kuò)散法利用LFA447 型導(dǎo)熱儀對(duì)輪胎所用的十種膠料的熱物性數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量。通過校核實(shí)驗(yàn)和重復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此種方法具有較高的準(zhǔn)確度、精確度和重復(fù)性，所測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較高的可信度。通過回歸分析得到了熱擴(kuò)散系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)及比熱隨溫度的線性變化關(guān)系式，并整理得到了在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)各種膠料熱物性參數(shù)的平均值。這些公式可用以預(yù)測(cè)膠料

3、的熱物性參數(shù)，為輪胎非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬提供基礎(chǔ)參數(shù)。 輪胎在路面上行駛的過程中不斷與外界交換熱量，這種熱量的交換主要以對(duì)流散熱的形式進(jìn)行。本文打破了以往輪胎溫度場(chǎng)研究選取對(duì)流換熱系數(shù)的方法，在風(fēng)洞中采用熱質(zhì)比擬原理，利用萘升華技術(shù)對(duì)風(fēng)吹旋轉(zhuǎn)圓盤進(jìn)行了研究，得到了圓盤半徑范圍內(nèi)局部點(diǎn)的無(wú)量綱因次方程式。并用相似原理把圓盤的對(duì)流換熱規(guī)律轉(zhuǎn)化到特定輪胎上，確定了特定輪胎換熱系數(shù)隨速度的變化規(guī)律，得到了擬合公式。觀察得到的輪胎對(duì)流換

4、熱系數(shù)隨速度的變化公式可以看出，輪胎的對(duì)流換熱系數(shù)隨速度的增加而逐漸增加，并且增加的趨勢(shì)呈線性變化。此公式的取得可為輪胎溫度場(chǎng)研究提供定量方程。 輪胎的摩擦生熱是本文研究的創(chuàng)新點(diǎn)，它的確定取決于對(duì)膠料摩擦特性的研究。本文利用橡膠塊在路面上滑移時(shí)產(chǎn)生摩擦的機(jī)理，在高速摩擦實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了摩擦實(shí)驗(yàn)。對(duì)實(shí)用輪胎胎面膠進(jìn)行摩擦系數(shù)的測(cè)量，把在不同實(shí)驗(yàn)速度和不同壓力載荷下測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行擬合分析，建立了在不同速度下，摩擦系數(shù)隨壓力載荷的高斯方程

5、。并且還對(duì)速度和載荷兩種因素對(duì)摩擦系數(shù)的影響進(jìn)行了回歸分析，建立了兩因素下摩擦系數(shù)的簡(jiǎn)便計(jì)算公式。這些公式可用于初步預(yù)測(cè)輪胎胎面膠的摩擦系數(shù)，并可用于輪胎胎面在路面上滑移時(shí)的溫升分析。文中還對(duì)不同配方胎面膠的摩擦系數(shù)進(jìn)行了初步探討。發(fā)現(xiàn)增加炭黑的用量可適當(dāng)增加輪胎與路面間的摩擦力及摩擦系數(shù)。在胎面膠所用的合成橡膠中，順丁膠BR9000 的耐摩擦性能比丁苯膠SBR1502 和SBR1712 的耐摩擦性能差，這為指導(dǎo)胎面膠配方設(shè)計(jì)提供了參考

6、依據(jù)。 本文在以上研究的基礎(chǔ)上通過合理的假設(shè)，建立了輪胎非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的簡(jiǎn)化傳熱二維熱學(xué)分析模型，推導(dǎo)出了有限元離散格式，并給出了相應(yīng)的初始和邊界條件。編制了輪胎非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)模擬程序，對(duì)輪胎斷面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元網(wǎng)格劃分。對(duì)僅考慮滯后生熱的溫度場(chǎng)和同時(shí)考慮滯后生熱及摩擦生熱的溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬分析，并得到了對(duì)比結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在輪胎起動(dòng)的初始階段摩擦生熱的影響不能忽略。 為了進(jìn)一步驗(yàn)證模擬結(jié)果的可靠性，文中在轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺(tái)上對(duì)165/7