基于轮胎-颗粒流动力学模型的避险车道参数匹配方案研究

为了优化山区公路避险车道参数设计方案,基于离散元基本理论与方法,建立轮胎与避险车道集料颗粒流模型。利用自主研发的轮胎性能测试系统对货车轮胎垂直特性进行了室内台架试验研究,通过检测不同输入条件下的响应,标定了轮胎颗粒流模型细观参数。采用漏斗法测量了避险车道集料休止角,结合离散元颗粒流仿真方法,对集料颗粒流模型表面摩擦因数进行了标定。基于所建立的轮胎与避险车道的集料颗粒流模型,仿真分析了轮胎在避险车道中的行驶过程,模拟了车辆在运行过程中的行驶距离、行驶速度与轮胎转速的变化趋势。在甘肃S308省道K209+400处避险车道进行了实车道路试验,试验结果验证了该仿真方法的正确性。通过所建立的轮胎-颗粒流模型对比分析了不同铺设厚度,不同集料大小下的仿真结果。综合考虑减速效果和施工成本,确立了避险车道铺设厚度、铺设长度、颗粒材料等设计技术参数。研究结果表明：离散元法能够很好地模拟车辆在避险车道中的行驶过程;考虑到颗粒固结等因素,建议避险车道铺设厚度不小于0.8 m;针对行驶速度大于90 km·h^-1的载货汽车,避险车道设计长度建议大于130 m;避险车道集料方面,建议选用粒径为1~3 cm且圆度较高的砾石作为路床材料。     

离散元法的沥青路面车-路动力学响应分析

为了分析车辆荷载作用下沥青路面结构的细观状态力学响应，建立了二自由度1/4车辆模型与多层路基路面耦合离散元模型，通过各结构层单轴压缩应力-应变试验与相同工况试验数据比较，经迭代运算得到路面离散元模型各结构层细观参数，应用试验得到的沥青路面细观参数建立多层路基路面模型，在离散元模型的上表面设定一定不平度，在一定速度作用下，1/4车辆模型在路基路面离散元模型上表面匀速移动，从而求解车辆动荷载作用下沥青路面各结构位移、应力等细观受力状态。进而改变1/4车辆模型的车体悬架刚度、悬架阻尼系数、轮胎刚度，轮胎阻尼系数，从而获得在改变车辆参数作用下沥青路面内部的应力变化规律。研究结果表明：基于离散元理论不但可以求得沥青路面在车-路相互作用下各层的应力与变形，而且还可以求得沥青路面各结构层颗粒流的变化趋势，在车辆移动荷载作用下，随着路基路面深度增加，各结构层颗粒流竖直方向动态位移与应力响应依次减少，其中上基层颗粒流动位移比上面层颗粒流动位移减少25%，下面层颗粒流竖向应力约为上面层颗粒流竖向应力的50%，水平方向上颗粒流既有压应力又有拉应力，变化比较复杂，上面层颗粒流水平方向主要承受压应力，其余结构层主要承受拉应力；增加轮胎与悬架刚度系数对模型颗粒流水平方向拉应力影响较大，增加轮胎与悬架阻尼系数对垂直方向颗粒流压应力与水平方向拉应力影响较小。     

利用试验模态参数建立轮胎非稳态侧偏模型

在对轮胎垂直特性和稳态侧偏特性建模的基础上，利用由轮胎模态试验提取的试验模态参数建立了轮胎非稳态侧偏模型，该模型考虑了印迹的动态变形和胎宽的影响，对印迹进行离散化并初步计入了速度对非稳态性的影响，推导出侧向力和回正力矩关于侧向位移和摆动角的传递函数的解析公式，可以计算不同载荷下的非稳态特性，计算结果与文献中的试验结果相符，建模和计算结果说明利用试验模态参数可以方便地建立轮胎的非稳态特性，计算结果与     

轮胎原地转向离散仿真模型

建立了轮胎印记范围内的原地转向物理模型,对印记内的胎面进行了离散处理,分析了胎面单元的变形和滑移情况,通过胎体上下表面的力矩平衡,得到轮胎所受回正力矩,并对计算过程进行了详细说明。给出不同工况下原地转向时轮胎所受回正力矩,并进行了试验验证。结果表明,该离散仿真模型能较好的反应轮胎的原地转向特性,能方便地分析轮胎结构参数及印迹内压力分布对原地转向特性的影响。     

重载汽车-路面-路基垂向耦合动力学模型

为了研究路面不平度激励下移动重载汽车、路面结构和路基的动力相互作用,将重载汽车简化为由弹簧和阻尼器并联的匀速移动多自由度刚体模型,面层简化为离散基层块体支撑的带内部阻尼连续薄板模型,基层简化为支撑于粘弹性路基上的离散块体模型,并采用Wilson-θ法对建立的重载汽车-路面-路基垂向耦合动力学模型求解,同时验证模型的可靠性.研究结果表明:移动重载汽车产生的动力效应显著,五轴汽车产生的轮胎接地力和路面动位移最大,随着后轴轴重的增加,轮胎接地力和路面位移呈线性增加;随着行车速度增加,轮胎接地力峰值和路面动位移峰值增加,但路面动位移均值变化较小;路面不平度等级由A级降为D级时,轮胎接地力放大倍数增大了1倍多,且路面动位移峰值增幅达72％;路基刚度对轮胎接地力影响较小,但路面位移的影响则较为显著.     

板梁结合法进行结构分析的探讨

文章利用有限元法分析桥梁结构内力时,有多种离散模型,常用的有空间梁单元法,板壳元法,及经典的梁格法,而这些离散模型都是单独的考虑梁或板壳的作用;对在梁格法基础上尝试建立板梁结合离散模型,综合考虑了板和梁的组合作用,经工程实践证明板梁结合法简单易行,其结果精度可达到一般工程设计的要求。     

汽车轮胎非稳态温度场的有限元分析与试验验证

建立了滚动轮胎三维力学分析有限元模型,在对轮胎力学场有限元分析的基础上,采用傅立叶级数拟合滚动轮胎应力应变并计算轮胎节点生热率,作为节点载荷导入到温度场有限元模型中.分析了轮胎在额定工况下的温升温度场变化.通过台架试验表明,计算值与试验值基本一致,验证了该有限元分析方法的可行性.     

橡胶颗粒沥青混合料破坏机理微观分析

以间断级配橡胶颗粒沥青混合料为例,采用随机抽样原理的细观建模法建立离散元微观模型,分别从颗粒位移、粘结接触面破坏两个方面,分析了荷载作用下橡胶颗粒沥青混合料微观破坏机理。研究结果表明:含橡胶颗粒的区域位移变形程度远大于无橡胶颗粒的区域;橡胶颗粒附近容易发生变形,引起混合料的骨架结构错动,导致沥青混合料粘结性能变差,路面出现剥落、松散破坏。     

基于线性单轨模型的扩展模型分析轮胎导入特性对操稳性能的影响

在常用的两轴汽车线性单轨车辆动力学模型基础上做了进一步扩展工作，引入轮胎导入特性，建立了基于线性单轨模型的扩展模型，并从理论上对轮胎导入特性与操纵稳定性的关系进行了分析。     

基于承载板试验的风化千枚岩填料细观研究

为了解风化千枚岩填料在承载板试验中的细观变化,本文运用离散单元法颗粒流理论,采用粒间作用为平行黏结模型的圆球模拟土颗粒为研究对象,建立PFC2D计算模型,模拟了风化千枚岩颗粒在加载和卸荷状态下的应力-应变关系以及颗粒间的细观规律。数值计算结果和试验实测结果的比较表明:由p-l曲线计算的回弹模量值满足设计规范要求;位移场及接触应力场的变化现象与室内小型承载板试验宏观现象比较相似。     

实心橡胶轮胎温度场有限元分析

根据高速履带车辆实心橡胶轮胎的工作条件,在合理假设基础上建立了轮胎热分析有限元模型。借助大型有限元分析软件ANSYS,对某型实心橡胶轮胎温度场的计算,得到了轮胎内部温度场的分布情况,并讨论了轮胎厚度、轮胎宽度、车速、载荷等参数对轮胎温升特性的影响。     

悬架-轮胎-胎面自激振动系统建模与分析

为了研究轮胎不均匀磨损与悬架特性的关系,建立了悬架-轮胎-胎面自激振动系统理论模型。在对扭杆梁式后悬架进行力学分析等效的基础上,综合了轮胎-胎面摩擦系统,在ADAMS中建立了能够反映车轮定位参数（前束角、外倾角）和胎面侧向位移的系统模型。通过仿真分析得到了自激振动系统的振动特性,有利于进一步的整车动力学分析和轮胎不均匀磨损研究。     

长大纵坡路段轮胎接地压力分布的研究

轮胎形式与长大纵坡对于沥青路面的影响难以通过目前的均布荷载的分析得出,从而会低估荷载对路面造成的损伤.为此,利用有限元软件建立载重子午线轮胎与纵坡路段路面结构耦合的有限元模型,分析不同坡度条件下的轮胎接地压力分布,并模拟车辆爬坡过程,分析一定坡度条件下车辆受不同牵引力作用的轮胎接地压力分布.结果表明,通过建立轮胎-路面耦合的有限元模型,在路面模型建立过程中通过设置纵坡进行长大纵坡段轮胎接地压力分布的研究,在长大纵坡条件下的行车荷载对于路面的作用力在切向以及法向上都呈现出非均布特征,数值也都大大高于标准胎压.在坡度为6％,考虑牵引力系数为0.5时,坡面切向接地压力最大值达到法向接地压力最大值的95％,即达到1.23 MPa.     

轮胎侧偏动特性对汽车操纵稳定性的影响

在建立轮胎侧偏动特性微分方程的基础上 ,利用 8自由度车辆模型进行仿真 ,分析了轮胎侧向力滞后对车辆操纵稳定性的影响 ,给出了各工况下的仿真结果。结果表明 ,轮胎侧偏动特性对车辆高速时的操纵稳定性具有一定的影响作用。     

废旧轮胎颗粒对橡胶土体抗剪强度影响的试验研究

通过直剪试验对不同级配轮胎颗粒的抗剪强度进行了测试,分析了颗粒剪切强度与剪切位移的关系,提出了颗粒抗剪强度特性衡量指标,建立了颗粒抗剪强度库伦预测公式,选出了代表性的颗粒级配。通过向土体中加入不同掺量的轮胎颗粒研究其掺量对黏土抗剪强度的影响,结果表明:在纯轮胎颗粒的直剪试验中,随着橡胶颗粒粒径的增加其黏聚力和内摩擦角有增大的趋势,黏聚力增加比较明显;在向土中掺入轮胎颗粒的直剪试验中,随着橡胶颗粒掺入量的增加,其黏聚力有先增加后减小的趋势,内摩擦角有增大趋势。当颗粒的掺入比为50%时其抗剪强度最优。     

路基溶洞加固的离散元方法数值模拟研究

通过建立含溶洞路基的离散元模型数值模拟了荷载作用下模型的响应,给出了采取加固措施前后组成路基模型颗粒间的接触力分布及位移矢量,监测了溶洞竖向六个位置颗粒的位移变化。结果表明,加固后颗粒的位移明显减小,由0.040cm减至0.014cm为最大减小范围。     

带复杂花纹的轮胎滑水显式动力学分析

以205/55R16型半钢子午线轮胎为参考轮胎,利用组合类保角映射簇建模法构建了3种不同胎面花纹的轮胎有限元分析模型.利用该模型进行载荷一下沉量及流体压力一行驶速度分析结果表明.轮胎有限元模型和骨架材料的等效简化方法以及滑水求解策略有效.在此基础上,考察了胎面花纹形态对轮胎滑水性能的影响.结果表明.S型轮胎和V型轮胎由于横向花纹沟的存在,滑水性能优于纵沟胎.     

子午线轮胎硫化过程仿真

根据对轮胎硫化程度的分析,利用ABAQUS软件对全钢子午线轮胎11.00R22.5建立了硫化温度场仿真模型,在此基础上利用阿累尼乌斯方程计算了轮胎各试验测温点处的硫化程度.仿真与硫化试验对比结果表明,仿真分析的硫化温度和硫化程度随时间的变化与试验结果相吻合,证明了所建有限元模型和计算方法的正确性.     

轮胎制动力—滑移率特性的动态模型研究

轮胎制动力及滑移率对制动力矩的响应存在着显著的低频衰减振荡现象，这从制动力－滑移率特性曲线上看，表现为一系列的以稳态点为中心的旋涡状过渡曲线。这是稳态的轮胎模型所不能描述的。本文在稳态ｂｒｕｓｈ轮胎模型基础上，通过印迹前端蹼处胎冠一阶变形模型，建立了轮胎制动力－滑移率的动态模型，并根据转鼓试验台上的轮胎制动试验，验证了该模型的仿真效果。     

基于三维离散元黏弹性模型的沥青砂单轴压缩数值模拟

通过建立三维离散元模型对沥青砂单轴压缩试验进行了一系列的数值模拟.沥青砂是由近似大小的圆细砂颗粒和沥青混合而成,是一种理想化的沥青混合料.首先在三维离散元模型中对沥青砂的三维空间结构进行了数字重构,然后引入Burger's模型模拟沥青的黏弹性质,同时建立以时间和温度为函数的黏结破坏模型模拟沥青砂在单轴压缩过程中的应力一应变曲线,尤其是在应变软化阶段的力学表现.研究结果表明,建立的三维离散元模型对沥青砂在单轴压缩试验中各阶段的应力与应变特性都能进行较好地数值模拟,在细观层面上为进一步分析和预测沥青材料开裂破坏产生和发展的演变过程提供了新的研究手段.