計(jì)及復(fù)雜胎面花紋的子午線輪胎結(jié)構(gòu)有限元分析.pdf

1、鑒于輪胎技術(shù)的發(fā)展，人們越來越認(rèn)識(shí)到胎面花紋的重要性，計(jì)及復(fù)雜胎面花紋的輪胎結(jié)構(gòu)有限元分析技術(shù)越來越受到工程和學(xué)術(shù)界的關(guān)注；由于難度很大，相關(guān)的文獻(xiàn)至今仍較為罕見，因此發(fā)展計(jì)及復(fù)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(dāng)前工程與學(xué)術(shù)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(shù)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(fù)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(xué)分析的數(shù)個(gè)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(dòng)分析的數(shù)個(gè)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(fù)荷、自由滾動(dòng)到驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)、側(cè)傾滾動(dòng)和側(cè)偏滾動(dòng)等工況下的輪胎結(jié)構(gòu)分析策略。通過較充分的對(duì)比考評(píng)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(jì)算效率。 在上述基礎(chǔ)上，對(duì)充氣、靜負(fù)荷、自由滾動(dòng)、驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)、側(cè)傾滾動(dòng)和側(cè)偏滾動(dòng)等工況下的半鋼子午線輪胎結(jié)構(gòu)力學(xué)特征進(jìn)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(jié)構(gòu)的受力特征。充氣壓力和負(fù)荷的改變沒有影響充氣工況和靜負(fù)荷工況下的輪胎骨架結(jié)構(gòu)受力分布的總體特征；自由滾動(dòng)工況下的受力分布與靜負(fù)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(dòng)和制動(dòng)工況下的受力分布與自由滾動(dòng)工況比較接近；在側(cè)傾滾動(dòng)和側(cè)偏滾動(dòng)工況下輪胎骨架結(jié)構(gòu)受力分布呈現(xiàn)出明顯的左右不對(duì)稱性，簾線軸力的最大值大幅增加，同時(shí)受壓情況也更加嚴(yán)重。 較系統(tǒng)地揭示了半鋼子午線輪胎橡膠結(jié)構(gòu)的受力變形特征。各種工況下輪胎橡膠的可能危險(xiǎn)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(fù)荷和自由滾動(dòng)工況下的橡膠受力變形情況更加復(fù)雜，接地端的可能危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變

5、水平大幅提高；在驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)工況下，輪胎胎面體部分橡膠的受力變形情況與自由滾動(dòng)工況有比較顯著的差異，同時(shí)花紋塊在接地面附近的區(qū)域成為新的可能危險(xiǎn)區(qū)域；在側(cè)傾和側(cè)偏工況下，尤其是側(cè)偏工況下，輪眙橡膠的受力變形情況與自由滾動(dòng)工況的差異非常顯著，在輪胎一側(cè)的主體部分橡膠的應(yīng)力應(yīng)變水平明顯增高，同時(shí)花紋塊底部、胎側(cè)部和胎圈部均出現(xiàn)了新的可能危險(xiǎn)區(qū)域。 揭示了簾線角的改變對(duì)半鋼子午線輪胎結(jié)構(gòu)靜力學(xué)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??；胎肩部橡膠內(nèi)危險(xiǎn)區(qū)域的剪應(yīng)力、Mises應(yīng)力和應(yīng)變能密度等力學(xué)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(shè)的輪胎模型的分析結(jié)果表明，這種輪胎具有較好的力學(xué)性能，在保證了較高的徑向剛度的同時(shí)，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(duì)充氣、靜負(fù)荷、自由滾動(dòng)和側(cè)偏滾動(dòng)工況下的子午線輪胎結(jié)構(gòu)受力變形特征，自由滾動(dòng)和側(cè)偏滾動(dòng)工況下的輪胎接地性能，以及側(cè)偏滾動(dòng)工

7、況下的輪胎力學(xué)特性的影響。就輪胎結(jié)構(gòu)的受力變形特征而言，橫向花紋和縱向花紋對(duì)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(yīng)力應(yīng)變場的總體分布特征，但是對(duì)各個(gè)危險(xiǎn)區(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變水平均有不同程度的影響；對(duì)輪胎骨架結(jié)構(gòu)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(luò)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(cè)偏力學(xué)特性而言，縱向花紋和橫向花紋的