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。     

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。     

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,...     

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。     

雨天沥青路面能见度影响因素分析

在降雨情况下，汽车行驶过程轮胎所溅起的水花极易形成水雾，前方能见度会显著下降，人体主观的识别距离也随之迅速减小，甚至出现对行车间距的错误判断，易造成交通事故，研究雨天沥青路面能见度影响因素意义重大.以米氏理论为基础，利用能见度的气象学定义，并采用MATLAB软件进行蒙特卡罗数值模拟，提出了用车速、水膜厚度和路面设计参数表征的能见度计算模型，进而对能见度影响因素进行了分析.结果表明：在雨天，沥青路面水膜厚度低于5.873 mm时，水雾引起的能见度会随车速和水膜厚度增加而不断减小；路面设计参数中，排水路径长度、路面构造深度与能见度呈正相关性；路面坡度与能见度呈负相关性；在水膜厚度为5.873 mm时能见度达到极小值；进一步提出了用降雨强度、路面构造深度、路面坡度、排水路径长度和车速表征的沥青路面能见度改进计算模型.     

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.     

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．     

路面不平整引起的车辆动载计算方法

为了分析不平整路面上行驶车辆的动载特性,研究了西宝高速公路平整度实测结果,用正弦曲线模拟路面表面,建立了考虑汽车侧倾因素和轮胎阻尼的四自由度车辆振动模型,利用模态理论和编程计算对车辆振动模型在不同路面波长、不同振幅、不同行车速度及左右车轮激励不同时的动载进行了分析和求解,给出了车辆在不平整路面上行驶时产生的动载计算方法。计算结果表明:波形路面上产生的动荷载沿路线纵向呈波形分布,在路面上行驶的车辆对路面可能产生很大的动荷载,最大动荷载系数可达到2.0以上。     

基于Fluent软件的雨天潮湿路面滑水现象研究

通过建立纵横向花纹轮胎有限元模型,利用Fluent软件模拟得到不同行驶条件下车轮所受到动水压强大小以及轮胎不同部位水流速度的分布规律.结果表明动水压强产生的高压区域在轮胎的前端,而且当轮胎发生完全滑水时花纹起不到原有排水效果.根据实验结果提出雨天行驶条件下临界滑水车速以及车辆安全行驶的建议.     

路面不平整引起的汽车动荷载计算分析

笔者理论分析了汽车行驶在波浪形路面上时汽车对路面的动荷载作用,推导了汽车动荷载与路面波形的理论计算公式,实例计算了在给定汽车结构参数、行驶速度、波形路面的波长、振幅时的汽车动荷载。     

水分对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金工艺制备了含二氧化硅和石墨的铜基粉末冶金摩擦材料,利用定速摩擦试验机,分别在摩擦速度为7.8~47.1 m/s的范围内,探讨了干、湿摩擦条件下材料摩擦磨损性能的变化情况.结果表明：摩擦表面第三体的状态与干、湿摩擦条件密切相关,并影响材料的摩擦磨损性能.摩擦速度低时,材料的干摩擦系数高于湿摩擦情况,原因在于水起到隔离和润滑作用;摩擦速度提高,干摩擦系数低于湿摩擦条件,这归因于水分对表面的冷却作用降低了基体高温软化程度.     

铜基陶瓷强化摩擦材料的摩擦磨损性能

采用粉末冶金技术,制备了铜基陶瓷强化摩擦材料.通过定速摩擦试验机,测试了摩擦压力、摩擦速度和干湿条件对材料摩擦磨损性能的影响.结果表明:在干摩擦条件下,系数大于0.3,摩擦系数稳定.摩擦压力在0.5~0.6 MPa范围时,摩擦系数处于较低值.随摩擦压力的变化,磨损率变化不大.当摩擦速度为2 000 r/m in时,摩擦系数最大.湿摩擦条件下摩擦系数低于干摩擦条件下的摩擦系数.     

轮缘推进器水润滑橡胶弹支可倾瓦推力轴承均载特性

为了探讨船舶轮缘推进器(RDT)橡胶垫支撑水润滑推力轴承的均载特性,提出了推力轴承均载特性参数测试方法;在多功能立式水润滑试验台上,以用于RDT的内径124 mm、外径196 mm水润滑橡胶垫支撑推力轴承为试验对象,在盘面上选取轴承平均半径的截面,对称布置1个微型压力传感器和1个微型温度传感器,随着轴一起旋转,采用无线遥测技术分别获取全瓦水膜压力分布和推力盘温度;通过预设瓦块高度差和推力盘静态倾斜量模拟偏载的情况,研究了载荷和转速变化对试验轴承水膜压力分布、摩擦因数和推力盘温度的影响规律。研究结果表明:弹支的均载效果会随着工况的变化而变化,当转速不变时,载荷增大会增加各瓦橡胶垫的变形,从而增强均载效果;而推力盘倾斜程度会随着转速增加而增强,从而加剧了瓦块载荷的不均性;开展RDT橡胶弹支可倾瓦结构均载设计时,除了考虑推力盘和瓦块不平的制造和安装因素,还需考虑轴承的转速和载荷;从轴承各瓦压力分布随工况变化的关系看,在转速为100 r·min-1、载荷为0.35 MPa时,轴承接触承载比例升高,因此,水膜压力测试为判别轴承润滑状态提供了一条新途径。      

坡积土边坡裂隙各向异性特征对雨水入渗过程的影响

采用有限元软件Geo-Slope中的SEEP/W模块分析了裂隙深度、渗透系数比、裂隙角度与裂隙数对雨水入渗过程的影响,结合非饱和渗流理论研究了裂隙渗流各向异性对边坡稳定性的影响。分析结果表明:降雨1、7 d时,1 m裂隙深度内最大孔隙水压力分别为9.69、9.70 kPa,雨水沿裂隙底部向下的入渗深度分别为0.5、1.5 m,裂隙内孔隙水压力随降雨的持续迅速增大,直至由负压力转变为正压力; 裂隙深度越大,裂隙内孔隙水压力越大,降雨停止时刻相应的入渗深度也越大,饱和区域的大小与裂隙深度正相关; 当渗透系数比为1时,裂隙范围内最大渗透系数为1.51×10-7 m?s-1,此时沿裂隙方向渗透系数小于降雨强度,降雨入渗过程受土体渗透系数控制,而当沿裂隙方向渗透系数大于降雨强度时,雨水入渗过程受降雨强度控制; 裂隙角度越小,在裂隙深度范围内的最大孔隙水压力越大,且出现正孔隙水压力的深度也越大,而边坡表层饱和区范围越小; 无裂隙存在时,降雨后边坡内部仍保持负压力状态,无饱和区存在,有裂隙存在时,雨水沿裂隙下渗并在边坡内部形成饱和正压力区,1～5条裂隙形成的饱和区面积分别为16.4、34.7、60.9、75.6、110.7 m2,饱和区面积与裂隙数呈乘幂关系,且随着裂隙数的增加,雨水对渗流场的影响范围与程度增大,长裂隙的集中分布是引起边坡内部大面积连通型饱和区出现与地下水位升高的直接原因。      

二硫化钼填充乙烯基树脂的摩擦学性能

研究了不同质量分数的二硫化钼（MoS2）填充乙烯基树脂（VER）复合材料及所成转移膜在不同转速、载荷下的摩擦学性能,并对摩擦表面形貌进行了分析．结果表明：MoS2含量低于15％和高于35％时主要磨损机制分别为粘着磨损和轻微犁削式的磨粒磨损,且都不随转速的变化而改变;但MoS2含量处于15％～35％时主要磨损机制为粘着磨损、疲劳剥落式的磨粒磨损,且随转速的增加而减弱．另外,MoS2含量低于25％时摩擦系数随载荷增加而增大,高于25％时却随载荷增加而减小,磨损率均变化不大．对偶盘上形成的转移膜能有效降低摩擦磨损,随着MoS2含量的增加,转移膜的减摩时问逐渐延长,而摩擦系数基本不变;随着载荷的增加,转移膜的摩擦系数逐渐降低,减摩时间则大幅度缩短．     

道面摩阻不平衡对飞机着陆滑行参数影响

从运动学原理入手建立飞机着陆滑行力学模型, 引入道面摩阻不平衡度, 基于实测道面摩擦因数及其摩阻不平衡度分析飞机着陆减速和匀速滑行阶段的偏航角与偏航距离的变化趋势, 并设计模型试验分析湿滑道面摩阻不平衡下飞机着陆滑行参数变化规律。研究结果表明: 当跑道中心线两侧摩阻不平衡时, 机体产生绕竖轴扭矩, 导致飞机产生偏航角和偏航距离; 摩阻不平衡度的增大导致飞机偏航角与偏航距离增大, 摩阻不平衡度由0.03增加到0.38时, 偏航角增大4倍, 偏航距离增大1倍; 减小中心线两侧的摩阻不平衡度可以有效降低飞机偏出跑道概率; 滑移率对偏航角和偏航距离影响较小; 道面摩擦因数降低, 减速滑行距离增大, 基本呈线性变化; 随着跑道接地带摩阻不平衡度增大, 飞机所产生的偏航角呈直线增长, 当摩阻不平衡度达0.165时, 偏航角达1.2°; 随着跑道接地带摩阻不平衡度增大, 偏航距离也增大, 由于减速段所产生的偏航角, 加之匀速段滑行距离较长, 70%以上的偏航距离是在匀速阶段发生的; 湿滑道面下随着中心线两侧的水膜厚度差增大, 偏航角和偏航距离均增大, 水膜厚度差从0.05mm增加到2.50mm, 偏航角增大6倍, 偏航距离增大5倍。可见, 在接地带保证飞机主起落架两侧摩阻平衡, 有利于着陆减速过程飞机偏航角的控制。      

含水量对湿陷性黄土强度参数的影响

通过试验研究发现,湿陷性黄土的粘聚力和侧压力系数与含水量之间均成幂函数关系,含水量的变化对内摩擦角的影响较小。     

偏载下水润滑尾轴承分布式动力学特性

为了揭示偏载作用下大长径比水润滑尾轴承的流体动力学行为, 提出了分布式动力学特性参数测试方法; 在船舶大型推进轴系模拟试验台上, 以直径为324 mm、长度为1 200 mm的大尺寸水润滑尾轴承为试验对象, 在轴承上、沿轴线方向选取3个截面, 每个截面布置相互垂直的2个电涡流传感器, 以获取轴心轨迹; 在转轴上、沿轴线方向选取4个截面, 每个截面各布置1个微型压力传感器, 并随轴一起旋转, 采用无线遥测技术获取4个截面的全周水膜压力分布; 通过改变相邻轴承的标高来调整转轴倾斜程度, 研究了转速和标高对试验轴承水膜压力分布和轴颈运行状态的影响规律。研究结果表明: 偏载导致离悬臂端最近的截面压力测试值明显大于其他截面, 最大值约为3.6 MPa; 轴承的润滑状态沿轴向呈现分区特性, 越靠近悬臂端, 弹流润滑特征越明显, 且不同的轴承分段需要不同的速度来产生动压水膜; 离悬臂端最近的截面压力曲线顶部的“水囊”随转速升高而出现, 但在220 r·min-1时变得不明显, 各截面压力分布出现明显的负压现象; 轴颈在轴承孔中的空间形态较复杂, 在轴承两侧严重下弯, 在中部拱起, 并且不同轴承截面的偏位角不同, 离悬臂端越远, 轴心轨迹面积越大。可见, 与具有单一润滑状态和直线轴颈的滑动轴承相比, 偏载下大长径比水润滑尾轴承的流体动力学模型应考虑轴向润滑状态分区、弯曲轴颈和负压等因素。