基于CFD的轮胎滑水及其性能影响因素分析

轮胎滑水性能对车辆安全性和操控性具有决定性影响,而花纹结构设计参数直接影响着轮胎接地区水流运动进而对轮胎滑水性能也会产生直接影响。但由于滚动轮胎的滑水性能测试条件极为苛刻,且很难捕获到滑水现象发生时水流运动流场特性。为明晰滑水现象发生时的流场特性及花纹结构设计参数对滑水性能的影响,基于计算流体动力学的方法,建立考虑轮胎接地印痕及花纹变形特征的滑水分析模型,掌握了水膜升力、自由液面及沟槽内水流速度等流场分布特征,分析了水膜厚度、水流速度、纵向花纹及横花纹结构设计对滑水性能的影响。结果表明:在水膜厚度较小时,路面水流可顺畅进入接地区花纹沟并被及时排出;水流速度的变化对胎面动水压力有显著影响;纵向花纹沟深度对滑水性能影响显著;改变横向花纹沟水流运动方向、降低胎面动水压力可提升滑水性能。     

湿滑道面飞机轮胎临界滑水速度数值仿真

采用ABAQUS建立了基于CEL算法的飞机轮胎与积水道面流固耦合分析模型,推导了轮胎接触面动水压强与道面竖向支撑力表达式,对比了飞机起飞与着陆过程中的滑行状态,提出了临界滑水速度的上下限解概念,校核了轮胎模型静态变形与动态滑水特征,研究了胎压、胎纹与水膜厚度的影响规律,分析了轮胎接地面积与动水压强分布。仿真结果表明:在76.6kN轴载作用下,轮胎模型接地面积为0.076m2,轮胎中心竖向变形约为3.27cm,轮胎临界滑水速度为128.5~222.4km·h~(-1),与NASA轮胎滑水试验数据一致,验证了仿真模型的合理性和适用性;在胎压为1 140kPa时,减速冲击条件下飞机轮胎临界滑水速度为163km·h~(-1),小于加速冲击时的上限226km·h~(-1),轮胎接地面积明显减小,道面支撑力低于机轮轴载的10%;在450~1 109kPa胎压范围内,减速冲击时临界滑水速度下限较NASA经验公式计算结果更为保守,两者相差30~70km·h~(-1);轮胎纵向沟槽排水可降低轮胎前缘动水压强峰值,增大轮胎接地面积,减速冲击时带纹轮胎临界滑水速度较光滑轮胎提高了26.9%~28.8%,增幅约为加速冲击时的2倍;当道面水膜厚度由3mm增加至13mm时,胎压为1 140kPa的飞机轮胎临界滑水速度上下限分别降低了85km·h~(-1)和43km·h~(-1);在低胎压、厚水膜与减速冲击条件下,临界滑水速度下限仅为127km·h~(-1),低于常见飞机进近接地速度205~250km·h~(-1),因此,滑水事故风险增加。     

轿车轮胎动力滑水分析

基于弹性流体动力润滑理论,将轮胎、路表水膜和路面作为一个弹性流体动力润滑系统,研究了轮胎的动力滑水问题。在轮胎上建立坐标系,则轮胎是静止的而水膜是运动的,推导了控制动力滑水的Reynolds方程、水膜厚度方程和变形方程,采用复合直接迭代求解方法,并编制了计算程序,分析了轿车轮胎在沥青路面上行驶的动力滑水。分析结果表明:随着行驶速度的增大,能够引起动力滑水的路表水膜厚度不断减小,当行驶速度为120km.h-1时,路表水膜厚度为2mm就会发生动力滑水。     

部分滑水对路面附着系数的影响

根据能量守恒原理，利用作用在轮胎上的动水压力计算式，通过有限元计算，分析了由于部分滑水而导致的附着系数的降低状况，得到了附着系数与水膜厚度、行车速度的关系式。计算结果表明，如果水膜覆盖在路面上，那么汽车行驶时不可避免地要产生部分滑水现象，轮胎与路面间的附着系数和干燥状态相比，要下降很多。汽车在低速行驶时，水膜厚度对附着系数的影响较大；而在高速行驶时，则速度的影响较大。     

钢桥面环氧沥青铺装层动水压力数值仿真分析

针对行车荷载下铺装层表面动水压力对铺装层的影响,研究钢桥面环氧沥青混凝土铺装水损害现象,量化分析行车荷载下钢桥面环氧沥青铺装层的动水压力。采用有限元软件ABAQUS建立轮胎-钢桥面环氧沥青铺装层模型,获取流体计算域中轮胎的形状及尺寸;基于计算流体力学建立钢桥面正交异性板铺装复合有限元模型,采用FLUENT数值仿真轮胎在有水铺装层表面上行驶时产生的动水压力;分析行车速度、水膜厚度、轮胎花纹深度等因素对动水压力的影响,得到动水压力的最不利工况。     

轮胎花纹解密简

众所周知,车辆是靠车轮与地面产生摩擦力来行驶的。当车辆在潮湿或泥泞的路面上行驶时,如果车轮上没有花纹,它与地面的摩擦力就很小,容易出现打滑现象。绝大多数汽车轮胎表面都不是光滑的,上面有各式各样凹凸不平的花纹,这是为了增加车轮与地面的摩擦力,保证行车安全。轮胎花纹的主要作用与鞋底花纹的作用类似,花纹增加了胎面与路面间的摩擦力,以防止车轮打滑。影响花纹作用的因素较多,但起主要作用的是花纹型式和花纹深度,因此,轮胎花纹值得关注。近年来,轮胎生产厂在胎面花纹设计上不断地进行研究和开发。轮胎花纹型式虽然五花八门,但根据类型,主要分为5种：纵向花纹、横向花纹和混合花纹。     

高速公路超高过渡段几何线形对小型客车滑水速度的影响

为了揭示高速公路不同超高过渡段线形指标下小型客车滑水速度变化规律,考虑小型客车滑水过程轮胎受力特征,分析了滑水速度与水膜厚度和超高过渡段几何线形的作用关系;应用多元线性回归和流体力学仿真建立了高速公路超高过渡段小型客车滑水速度量化模型,计算了降雨强度、纵坡坡度、超高渐变率等多变量组合下的小型客车临界滑水速度;以典型双向四车道高速公路超高过渡段为例,分析了降雨强度、纵坡坡度、超高渐变率对小型客车滑水速度的影响规律,并给出了超高过渡段小型客车限制速度建议值。研究结果表明:小型客车滑水速度最大值出现在纵坡坡度为0.3%、超高渐变率为1/200、降雨强度为20 mm·h-1组合工况下,为115.5 km·h-1,滑水速度最小值出现在纵坡坡度为3.0%、超高渐变率为1/330、降雨强度为80 mm·h-1组合工况下,为99.3 km·h-1;在降雨强度和超高渐变率一定的情况下,随着纵坡坡度增大,滑水速度逐渐减小,当纵坡坡度由0.3%增加到3.0%时,滑水速度减小2.68%;在降雨强度和纵坡坡度一定条件下,随着超高渐变率增大,滑水速度逐渐增大,当超高渐变率从1/330增加到1/200时,滑水速度上升了2.25%;增加纵坡坡度会降低滑水速度,但当降雨强度增加到一定程度,纵坡坡度、超高渐变率对滑水速度的影响趋于平缓;当降雨强度为20~80 mm·h-1时,双向四车道高速公路限速建议值为95.0~115.0 km·h-1,但不应大于其设计速度。      

沥青路面的雨天行车安全性分析

针对沥青路面的路表轮胎行车滑水,提出了行车的临界水膜厚度概念,利用动量定理进行了临界水膜厚度计算公式推导,计算了不同行车速度下的路表临界水膜厚度,经与国外的极限车速计算经验公式对比,验证了其可靠性,并以降雨的路表水膜厚度为依据,分析了以临界水膜厚度作为道路结构设计控制指标的行车安全性,提出了增加安全性的工程技术改善措施．     

浅淡延长轮胎使用寿命

1轮胎使用寿命的影响因素 (1)轮胎负荷.轮胎的负荷量是根据轮胎的结构、帘布层数、强度、标准气压以及车辆行驶速度等参数经计算而确定的.如果轮胎在超负荷条件下行驶,轮胎的变形部位会扩大,尤其是胎侧的弯曲变形增大,触地面积随之增大,结果胎肩磨损增加.另外,超载加剧了轮胎胎体材料分子间的内摩擦及胎面与路面间的外摩擦,产生的热量大于设计标准,使胎体温度升高超过正常值,会造成帘布的脱层,使轮胎磨损加剧.     

道路表面水膜厚度理论计算模型分析

汽车在雨天行驶时,摩擦系数的降低与路表水膜厚度有关,水膜厚度越厚,抗滑性能降低得越多,甚至发生滑水现象.文章建立了基于坡面径流理论的路表水膜厚度的理论模型,推导出基本微分方程,并与英国的经验公式进行对比,能够反映出各因素对水膜厚度的影响.     

临界滑水速度的计算研究

利用动量定理,分别计算楔角较小(楔角小于0.4°)和楔角较大两种情况下滑水速度值.以小轿车、中型汽军和载重车为例分析车轮内压、水膜厚度与滑水速度的关系.结果表明:不论楔角较小或者较大,滑水速度与车轮内压成正比;楔角较大且车轮内压一定时,滑水速度与水膜厚度成反比.通过NASA滑水速度方程,对理论计算的滑水速度值进行验证,...     

轮胎参数对前轮摆振的影响

在经典三自由度前轮摆振模型的基础上,利用非线性动力学理论分析了车速变化引起的某非独立悬架汽车前轮自激摆振的Hopf分岔。利用Poincare截面法绘制了不同轮胎参数对应的前轮摆角幅值随车速变化的分岔特性曲线,分析了轮胎各参数对前轮摆振的影响。由此得出,轮胎参数的改变对发生摆振的车速区间和周期运动的极限环幅值产生相应的影响;轮胎绕主销的阻尼和轮胎后倾拖距对前轮摆振的影响较为敏感;轮胎的垂直刚度对摆振影响要比侧偏刚度的影响大。     

路面随机不平度下车辆对路面的动载特性

采用快速傅立叶逆变换法对路面随机不平度进行时域模拟,建立二分之一车辆动力学模型,应用龙格-库塔法分析了路面等级、车速、载质量和车辆参数对路面动载荷的影响,研究了车辆产生的动载荷规律。仿真结果表明:车辆动载随着路面不平度的增大而明显增大;车辆动载和动载系数随着车速的提高而增大,且在固有频率附近会出现峰值;载质量的增加虽导致动载系数降低,但动载增大,故应严格限制超载现象;增大轮胎刚度和减小悬架阻尼都会引起车辆动载与动载系数的增大,因此,应限制高压轮胎的使用和选择合理的车辆阻尼参数。     

考虑横坡的轮胎路面接触压力分布的有限元分析

利用有限元软件轮胎与横坡路段路面结构作用的有限元模型,分析不同坡度条件下的轮胎接地压力分布,研究坡度对轮胎路面接触压力分布的影响规律。结果表明,道路横坡对轮胎路面接触压力分布的规律有显著影响：横坡的坡度对轮胎路面接触压力分布存在显著影响,当坡度较小时,接地压力在横向呈对称分布,最大接触压力出现在接触面横轴中心,随着坡度增加,上坡方向的轮胎路面接触面积明显大于下坡方向,接触压力最大值出现位置也出现偏移;横坡路段轮胎与路面之间接触面积较大,但总体的接触压力水平较低。     

基于数值模型和解析模型的钢轨波导特性分析

钢轨振动由沿钢轨传递的各类导波构成,是铁路滚动噪声的主要贡献者. 为了研究铁路轨道的动力特性,分别基于铁木辛柯梁理论和波导有限元法建立了两种分析模型,推导自由波响应和受迫响应的求解过程,以波数、群速度、速度导纳和衰减率为指标,分析了两种模型条件下钢轨的波导特性. 研究结果表明:波导有限元模型包含了钢轨横截面所有的变形特征,可表征6 kHz内钢轨中的8种导波及其特性,反映导波波型交换、群速度互换的现象,以及高阶导波激发引起的导纳峰值;铁木辛柯梁模型可识别包括弯曲波、扭转波和纵波在内的5种钢轨导波,无法揭示截止频率在1.5 kHz以上与钢轨截面变形相关的导波;铁木辛柯梁模型可给出2 kHz内合理的钢轨垂向原点速度导纳计算结果.      

轮胎与钢桥面铺装接触力学分析

为进一步分析钢桥面铺装的真实受力特性,对轮胎与钢桥面铺装的接触力学行为进行了研究.通过建立轮胎模型,对轮胎接地压力进行计算,并与实测数据对比验证了轮胎接触模型的准确性;通过建立轮胎与桥面接触模型,对不利荷载位置时桥面铺装的力学响应计算与分析,得出铺装层竖向位移、铺装层顶弯拉应力、粘结层剪切应力的分布特性,指出桥面铺装典型病害产生的力学机理;通过对设定的一组铺装层计算模量对应的铺装层力学响应极值进行计算,得出铺装层弯拉劲度模量变化对铺装层力学响应的影响规律,并对比分析了轮胎荷载与均布荷载对结算结果的影响作用.结果表明：在等量荷载条件下,采用轮胎与桥面接触模型计算出的铺装层最大层顶反弯应力、粘结层最大剪切应力均明显大于采用均布荷载的计算结果,其中：铺装层层顶反弯应力增幅约为5%,粘结层剪切应力增幅约为9%.采用轮胎与桥面接触模型进行钢桥面铺装设计会更为安全.     

沥青路面动态响应数值分析

为了优化沥青路面结构设计,引入无反射边界,依据结构动力理论,利用有限元数值分析方法,对多层沥青路面在移动荷载作用下的动态响应进行了分析。发现沥青面层的拉应力和路表弯沉随着基层模量、层间摩擦系数、行车速度和面层材料阻尼的增大而减小,剪切应力随着轮胎接地压力和基层模量的增大而增大。分析结果表明:基层设计需要综合优化设计,简单增加基层模量和厚度都是不合适的;良好的层间接触状态以及使用较大阻尼的材料,有利于路面性能的改善;提高行车速度可以延长路面的使用寿命。     

潜艇内置式调整水舱的有限元计算

内置式调整水舱属于耐压液舱,而耐压液舱是耐压结构中最复杂的结构.参照前苏联的“耐压液舱强度和稳定性的计算方法”,设计了单壳体潜艇的内置式调整水舱的新结构形式,确定了主要参数,并在耐压液舱承受与舷外水相等的压力时,对内置式调整水舱区域的耐压船体、耐压液舱壳板、实肋板等结构进行了有限元计算.