工程车辆翻新轮胎承载变形特性

为了进一步明确工程车辆翻新轮胎的力学性能,提高其使用寿命,通过构建工程车辆翻新轮胎计算机几何模型、有限元分析模型、承载变形特性试验系统,对工程车辆翻新轮胎承载变形特性进行有限元分析及试验研究,并与同型号新轮胎进行对比分析,获得静态接地工况下工程车辆翻新轮胎的载荷-变形、载荷-刚度、载荷-压缩率等特性规律,构建26.5R25工程车辆翻新轮胎径向承载变形数学模型。研究结果表明：工程车辆翻新轮胎的径向变形、侧向变形变化规律与新轮胎接近,径向与侧向变形均比同型号新轮胎稍小;当胎压一定时,随着载荷的增加,工程车辆翻新轮胎径向变形呈线性增大,当胎压较低时侧向变形呈线性增大,当胎压较高时侧向变形呈非线性增大;工程车辆翻新轮胎的径向刚度及压缩率受径向载荷和胎压的影响较大,载荷一定时,径向刚度随胎压的增大而增大;胎压一定时,工程车辆翻新轮胎的压缩率随径向载荷的增大而增大,且稍小于同品牌、同型号新轮胎的压缩率;旧胎体的不同老化程度对工程车辆轮胎翻新后的承载-变形特性会产生较大的影响;在低载工况下,工程车辆翻新轮胎和新轮胎径向刚度差异不大,在接近标准载荷及高载工况下,工程车辆翻新轮胎径向刚度较新轮胎大,且随着载荷的增大,工程车辆翻新轮胎和新轮胎径向变形差异不断加大。     

子午线轮胎静态接触有限元分析及试验研究

对子午线轮胎195／60R14进行了三维非线性有限元分析及试验研究。在有限元模型中考虑了轮胎的几何非线性、材料非线性、轮胎与轮辋过盈配合以及轮胎接触非线性。得出了轮胎与地面接触过程中轮胎的变形情况、接触压力分布、载荷-变形关系等结果。采用连续加载、卸载方式，开展了轮胎准静态负荷试验。实时记录了试验中轮胎受力与变形关系，并采用压力敏感膜测量了轮胎接地区域内的压力分布状况。计算结果和试验结果符合较好。     

载重子午轮胎与路面相互作用的分析

根据全钢载重子午线轮胎12.00R20的实际结构,考虑轮胎的几何非线性、材料非线性、接触非线性以及大变形等力学特性,应用有限元的方法建立轮胎的三维模型,橡胶材料采用Yeoh模型,橡胶-帘线复合材料采用加强筋模型,并通过轮胎径向刚度的测试验证了模型的有效性.在数值模拟中分析了轮胎在一定充气压力时,在不同垂直载荷和牵引速度的作用下,与地面在接触区域的变形情况、应力分布、摩擦应力分布等滚动接触规律.结果表明,轮胎与地面接触应力分布存在明显的非均匀性,轮胎的接地面积和地面总反力随着滚动速度的升高而增大.     

轮胎侧偏动力模型的非线性分析

轮胎径向变形与轮胎接地印迹长度呈非线性关系，从而导致轮胎侧偏力和回正力矩与车轮动载荷也是非线性关系。本文用一轮胎模型对这一现象进行了理论分析，并得到了与实验数据基本一致的结果。     

子午线轮胎静态接触三维非线性有限元分析

采用三维实体单元对195／60R14规格子午线轮胎进行了三维非线性有限元分析，考虑了轮胎的几何非线性、材料非线性、橡胶-帘线复合材料的各向异性、轮胎与轮毂过盈配合以及轮胎接触非线性，给出了轮胎与地面接触过程中轮胎的变形情况、接触区形状变化、接触压力分布、载荷-变形关系等结果，对轮胎的设计和改进具有一定的指导意义。     

胎面对轮胎径向刚度和轮胎与路面相互作用力影响分析

轮胎的刚度和接地特性代表了轮胎承受和传递载荷的能力，它们是轮胎最重要的性能。本文建立了轮胎－车轮－路面系统三维非线性有限元分析模型，研究了胎面对轮胎径向刚度特性和轮胎与路面相互作用力的影响，为轮胎胎面的合理设计提供了依据。     

基于加速度信息的智能轮胎载荷预测算法

针对当前商用车行业对轮胎载荷的预测需求,开发了一款235/45ZR18轮胎垂直载荷的估算方法。该方法在保证有限元仿真可靠性的前提下,通过轮胎有限元仿真技术获取得到轮胎内侧的加速度波形信息,并利用此加速度波形信息估算轮胎的接地印迹长度。通过总结仿真结果数据发现,接地印迹长度与载荷大致成二次函数关系。根据此规律总结出接地印记长度与垂直载荷的经验公式,实现了该型号轮胎垂直载荷的估算,并能在常用的载荷、速度、胎压范围内保持一定的精度。此预测算法可以应用于轮胎力采集,提高汽车主动安全系统的安全性。     

轮胎充气压力对摩托车车轮应力分布的影响

轮胎充气压力对摩托车车轮应力分布有一定的影响,利用I-DEAS软件对车轮在各种载荷下的应力分布情况进行分析,得出冲击试验分析模型可以不考虑充气压力、径向载荷试验分析模型必须考虑充气压力的结论,为深入进行冲击试验和径向载荷疲劳试验有限元分析做了准备。     

基于边界分析的重载轮胎滚动过程接地角和印记非对称性分析与验证

基于解析弹性基础的柔性胎体模型,并考虑胎体圆环的径向变形与切向变形之间的耦合关系,为重载大扁平比轮胎建立了柔性环二维轮胎低频动力学模型。采用接地边界求解方法探究了轮胎的接地滚动过程中的接地角和接地印记的非对称特性,并进行了轮胎接地刚度和接地印记非线性实验验证。结果表明:采用接地边界求解可准确计算接地角和接地印记;基于胎内应变传感器的接地印记估计方法可间接测量轮胎滚动过程中的接地印记。     

基于复杂花纹的子午线轮胎径向刚度特性仿真

基于MSC.Marc非线性有限元分析软件,建立了具有复杂胎面花纹的175/65R14型子午线轮胎三维有限元模型.利用Rebar单元模型模拟橡胶-帘线复合材料,采用Yeoh模型模拟超弹性橡胶材料,仿真分析轮胎从轮辋安装、充气到施加垂向载荷全过程的情况,得到轮胎在不同胎压下的径向刚度特性.通过与试验结果的对比,验证了仿真分析的正确性.     

胎面沟槽内异物对轮胎接地特性的影响

接地特性是影响轮胎磨损的重要因素。针对轮胎沟槽嵌入异物可能影响轮胎接地特性参数的问题,以205/55R16型子午线轮胎为研究对象,利用Abaqus软件构建3种不同胎面花纹的轮胎有限元模型,采用控制变量法对比分析静态工况下异物直径大小对胎面接地压力分布及接地面积的影响规律。研究结果表明,胎面接地处因异物与沟槽挤压形成了关于异物对称的空区域,且靠近胎肩一侧面积较大,减小了轮胎有效接地面积;随着异物直径增大,胎面平均接地压力与接地压力偏度值均呈非线性上升,影响程度排序依次为S型轮胎、Z型轮胎、纵沟轮胎,影响轮胎正常磨损。该结果可为进一步研究轮胎瞬态磨损和偏磨损提供参考。     

轻型货车轮胎接地压力分布实测

利用自主开发的轮胎接地压力测试仪,进行了轻型货车不同花纹和不同使用年限轮胎,在不同轮胎胎压和不同负荷作用下,轮胎的接地压力分布规律测量。实测结果发现:轻型货车轮胎与路面的接触形状更接近于矩形;新胎比旧胎的接地压力要均匀些;轮胎胎压与平均接地压力、轮胎负荷与平均接地压力、轮胎负荷与有效接地面积基本上呈线性关系。     

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.     

智能轮胎的垂向载荷测量

本文中介绍了一种基于嵌入式平台的轮胎垂直载荷数据采集与信号处理系统设计方案。在轮胎内部嵌装了MEMS加速度、胎压和温度传感器,以获取轮胎径向加速度、胎压和温度等基础实时数据,并从中提取特征信息来表征轮胎垂向载荷。分别进行了室内台架试验和实车试验,对多种工况下的智能轮胎的垂向载荷测量方法和特征提取算法进行了验证。结果表明,基于智能轮胎的垂向载荷测量方法可行,精度满足工程应用要求。     

爆胎轮胎横向刚度特性仿真研究

采用Shell单元模型模拟橡胶-帘线复合材料,建立215/60R16型子午线爆胎轮胎模型,分析正常胎压轮胎在横向载荷作用下的变形情况,横向刚度仿真结果与实验结果良好的吻合性,表明开发的轮胎有限元模型的正确性。通过改变胎压,获得了不同胎压下的轮胎横向刚度,进而得到了爆胎过程中轮胎横向刚度特性变化曲线。     

轮胎加速磨损的原因及预防

轮胎加速磨损原因(一)轮胎气压不符合规定。轮胎气压过低或过高,都会给轮胎带来危害。如果轮胎气压过低,其径向变形增大,胎壁两侧变形过度,使轮胎的温度升高,胎体帘线易出现疲劳损伤;如果轮胎气压过高,轮胎的刚性增大,变形和接地面积减小,使胎面中部的单位压力增大,磨损加剧。     

轮胎结构有限元分析应用于子午线轮胎帘线受力特性的研究

建立了195／60R14型子午线轮胎三维非线性有限元模型，研究了在静负荷作用下轮胎帘线的受力特征。结果表明，静负荷对轮胎接地区域内帘线受力影响显著；模型带束层结构为2层相交的帘线结构，不能构成力学上的对称；带束层角度的变化对帘线剪应力分布有一定的影响，对胎肩部位帘线剪应力影响较大。     

基于径向刚度法的车辆翻新轮胎使用寿命判定

为了有效判定车辆翻新轮胎的剩余使用寿命，需要科学确定废旧轮胎胎体橡胶老化程度对翻新轮胎使用寿命的影响。在分析废旧轮胎胎体橡胶老化规律的基础上，通过橡胶老化试验测试及回归分析，确定了胎体弹性模量随着橡胶老化年限增加近似线性增大的影响规律；结合计算机仿真技术及试验测试技术，基于轮胎径向刚度法提出了翻新轮胎剩余使用寿命不安全系数计算方法，其计算数值大小与翻新轮胎径向刚度和新轮胎径向刚度之差成正比，与新轮胎径向刚度值成反比；构建了由橡胶加速老化系统、弹性模量测取系统、承载-变形计算机模拟系统和承载-变形测试系统等组成的翻新轮胎剩余使用寿命判定系统；基于径向刚度法和判定系统提出了车辆翻新轮胎剩余使用寿命判定规则，确定了翻新轮胎胎体剩余使用寿命判定具体流程；根据剩余使用寿命不安全系数计算方法和判定规则，将翻新轮胎确定为可正常使用、需降速使用和需报废处理3个级别，并利用11.00R22.5载重车辆翻新轮胎进行了剩余使用寿命判定与评价，依据判定规则分别计算了不同使用年限3条翻新轮胎的剩余使用寿命不安全系数，确定出3条翻新轮胎所对应的级别，判定与评价结论与实际使用情况相吻合。研究结果表明：废旧轮胎胎体橡胶老化程度对翻新轮胎剩余使用寿命影响显著，翻新轮胎径向刚度与剩余使用寿命之间存在较大影响关系；废旧轮胎胎体橡胶老化程度越严重和径向刚度越大，翻新轮胎的剩余使用寿命将会越短。     

实测轮胎荷载作用下层间接触条件对沥青路面力学响应的三维有限元分析

实际道路中层间接触状态非常复杂,层间接触状态对路面的使用性能有直接影响;并且轮胎与路面的接地形状随着轮胎负荷及胎压的不同呈现出明显的非均匀分布,路面结构内的力学响应也随之发生不规则变化。基于此,采用三维有限元方法,分析在实测轮胎荷载作用下,完全连续、基、面层间光滑两种层间接触状态时,柔性基层和半刚性基层路面力学响应的差异。分析结果表明,层间光滑时面层内的最大剪应力以及层底拉应变均明显增大,相应路面车辙和开裂的机率大大增加,因此必须高度重视层间处理工艺。     

汽车悬架用空气弹簧的非线性有限元分析

讨论了空气弹簧的材料、几何、接触、载荷等非线性力学特征，提出了运用非线性有限元法对空气弹簧进行结构分析的思路，并对某型汽车空气弹簧进行了充气变形与刚度特性分析，刚度特性的有限元分析结果与试验结果吻合较好。