計及復雜胎面花紋的子午線輪胎結構有限元分析.pdf

1、鑒于輪胎技術的發(fā)展，人們越來越認識到胎面花紋的重要性，計及復雜胎面花紋的輪胎結構有限元分析技術越來越受到工程和學術界的關注；由于難度很大，相關的文獻至今仍較為罕見，因此發(fā)展計及復雜胎面花紋的高效的輪胎有限元模型及其求解策略成為當前工程與學術界的挑戰(zhàn)性課題。本文就是在這一背景下圍繞著這一課題展開的。 基于組合模型技術和兩種映射方法，分別提出了組合周向保角映射建模法和組合類保角映射簇建模法。兩種建模方法均使繁瑣的手工建模過程大大簡化

2、，能夠較方便地模擬復雜的胎面花紋形態(tài)，并得到完全的、較高質(zhì)量的六面體網(wǎng)格。使用組合周向保角映射建模法建立了用于靜力學分析的數(shù)個均分的組合花紋輪胎模型和非均分的組合花紋輪胎模型；使用組合類保角映射簇建模法建立了用于穩(wěn)態(tài)滾動分析的數(shù)個周期性的組合花紋輪胎模型和變節(jié)距的組合花紋輪胎模型；并形成了從裝配、充氣、靜負荷、自由滾動到驅(qū)動、制動、側傾滾動和側偏滾動等工況下的輪胎結構分析策略。通過較充分的對比考評表明，非均分的組合花紋輪胎模型和變節(jié)距的

3、組合花紋輪胎模型是最有效的，可以在求解精度基本相同的前提下大大提高計算效率。 在上述基礎上，對充氣、靜負荷、自由滾動、驅(qū)動、制動、側傾滾動和側偏滾動等工況下的半鋼子午線輪胎結構力學特征進行了較系統(tǒng)的分析研究。 較系統(tǒng)地揭示了半鋼子午線輪胎骨架結構的受力特征。充氣壓力和負荷的改變沒有影響充氣工況和靜負荷工況下的輪胎骨架結構受力分布的總體特征；自由滾動工況下的受力分布與靜負荷工況基本相同，輪胎接地端附近的胎體層簾線、帶束層簾

4、線和胎圈鋼絲中均出現(xiàn)了不同程度的受壓情況；在驅(qū)動和制動工況下的受力分布與自由滾動工況比較接近；在側傾滾動和側偏滾動工況下輪胎骨架結構受力分布呈現(xiàn)出明顯的左右不對稱性，簾線軸力的最大值大幅增加，同時受壓情況也更加嚴重。 較系統(tǒng)地揭示了半鋼子午線輪胎橡膠結構的受力變形特征。各種工況下輪胎橡膠的可能危險區(qū)域均集中于胎冠部、胎肩部和胎圈部；與充氣工況相比，靜負荷和自由滾動工況下的橡膠受力變形情況更加復雜，接地端的可能危險區(qū)域內(nèi)的應力應變

5、水平大幅提高；在驅(qū)動和制動工況下，輪胎胎面體部分橡膠的受力變形情況與自由滾動工況有比較顯著的差異，同時花紋塊在接地面附近的區(qū)域成為新的可能危險區(qū)域；在側傾和側偏工況下，尤其是側偏工況下，輪眙橡膠的受力變形情況與自由滾動工況的差異非常顯著，在輪胎一側的主體部分橡膠的應力應變水平明顯增高，同時花紋塊底部、胎側部和胎圈部均出現(xiàn)了新的可能危險區(qū)域。 揭示了簾線角的改變對半鋼子午線輪胎結構靜力學性能的影響。輪胎徑向剛度隨簾線角的增加而減小

6、，并在簾線角超過某一數(shù)值后急劇減小；胎肩部橡膠內(nèi)危險區(qū)域的剪應力、Mises應力和應變能密度等力學量隨著簾線角的增加先增加后減小。此外，帶束層簾線沿橫向變角度鋪設的輪胎模型的分析結果表明，這種輪胎具有較好的力學性能，在保證了較高的徑向剛度的同時，改善了帶束層簾線和胎肩部橡膠的受力狀況。 初步地揭示了胎面花紋對充氣、靜負荷、自由滾動和側偏滾動工況下的子午線輪胎結構受力變形特征，自由滾動和側偏滾動工況下的輪胎接地性能，以及側偏滾動工

7、況下的輪胎力學特性的影響。就輪胎結構的受力變形特征而言，橫向花紋和縱向花紋對各種工況下的胎面體部分的橡膠受力變形情況均有明顯的影響；盡管胎面花紋沒有改變輪胎主體部分橡膠的應力應變場的總體分布特征，但是對各個危險區(qū)域的應力應變水平均有不同程度的影響；對輪胎骨架結構受力分布的影響較小。就輪胎接地性能而言，縱向花紋和橫向花紋的存在使輪胎的接地包絡面面積、接地壓力水平以及接地壓力分布的不均勻性均有所增加。就側偏力學特性而言，縱向花紋和橫向花紋的