工程翻新轮胎自由充气及自由旋转工况下的变形特性研究

构建了工程车辆翻新轮胎几何模型、有限元分析模型及变形特性试验系统,对翻新轮胎自由充气、自由旋转工况的变形特性进行了仿真及试验研究,并与国家标准进行对比分析,获得了自由充气、自由旋转工况翻新轮胎的径向变形、侧向变形等特性规律。结果表明:工程车辆翻新轮胎在自由充气工况下,径向变形和侧向变形均随着充气压力的增大而增大;自由旋转工况下,轮胎的径向变形与旋转速度成正比关系,侧向变形与旋转速度成反比关系;2种工况下翻新轮胎与同型号新轮胎的变形特性相似,但径向变形稍小于新轮胎。     

载重车辆翻新轮胎接地压力特性仿真及试验研究

针对11R22.5载重车辆翻新子午线轮胎,对翻新轮胎的接地力学进行了描述,建立了翻新轮胎层合结构的复合材料有限元模型,利用ANSYS非线性大变形求解方法进行了翻新轮胎接地压力、接地面积及接地印痕等方面的有限元仿真,并进行了试验研究,得出翻新轮胎接地力学方面与同型号新轮胎相比存在一定的差异.     

工程车辆翻新轮胎接地力学特性分析

为进一步明确翻新轮胎的力学性能并提高其使用寿命,构建工程车辆翻新轮胎静态接地工况三维模型、轮胎与地面接触模型、静态接地工况有限元分析模型及承载-接地力学特性试验系统。分析结果表明:静态接地工况、接地压力及接地摩擦力在轮胎与地面接触区域内中心位置达到最小值,沿轮胎滚动方向及宽度方向呈现不同程度增大的"V"型分布规律;当载荷较小时,接地印痕形状近似为圆形,随着载荷不同程度地增大,其形状变化由近似圆形到近似椭圆形,再到近似矩形,最后到近似马鞍形的变化规律;当胎压一定时,随着载荷的增加,接地面积逐渐增大,增大趋势呈现非线性变化规律;工程翻新轮胎胎肩部位接地压力及接地摩擦力均最大,该部位较容易发生橡胶崩花掉块、撕裂脱层的失效损坏现象。     

自由充气及旋转工况下翻新轮胎应力分析

为深入了解工程翻新轮胎在使用中出现的胎面磨损加剧、崩花掉块、胎面脱层、被压爆、刺爆等失效形式,确定26.5R25工程车辆翻新轮胎各层应力约束条件及剪切应力约束条件、计算机几何模型、有限元分析模型。对工程车辆翻新轮胎自由充气、自由旋转工况的各层综合应力及剪切应力分布状况进行数值模拟分析,获得工程车辆翻新轮胎在自由充气及自由旋转工况下各层的应力、剪切应力、弹性应变及应变能量密度分布及变化规律。结果表明:工程翻新轮胎胎体层(0.81 MPa)及胎面层的胎肩部位所受应力最大(2.23 MPa),带束层次之(0.42 MPa),胎体层及带束层为主要承力部件,缓冲层与带束层之间存在较大的剪切应力(0.001 MPa)。翻新前要加强胎体层及带束层的质量检测,翻新时要加强带束层与缓冲层的粘合强度。研究成果可为工程翻新轮胎的结构设计、使用性能及动力性能、失效机理分析等提供重要理论指导。     

轮胎临界速度影响因素分析

分析了轮胎临界速度的影响因素，在合理假设的基础上，根据振动理论建立了轮胎使用的力学模型，得出轮胎变形恢复时间与其有效质量之间的关系。结果发现影响轮胎临界速度的使用因素包括负荷、充气压力、径向变形和胎面磨损量，载荷一定时，提高轮胎充气压力，充气压力一定时，减轻载荷都有利于提高轮胎使用的临界速度。分析结果与轮胎的实际应用情况相符，说明该模型可行。     

基于Pro／E与ANSYS载重车辆轮胎有限元分析

在考虑载重车辆轮胎材料非线性、接触非线性以及大变形等复杂力学特性基础上,依据有限元理论,借助Pro／E与ANSYS软件,对载重车辆轮胎进行有限元研究,获得轮胎在多种工况条件下受力及工作性能状况,为进一步进行子午线轮胎动态接触分析和结构优化设计奠定了基础。     

车辆侧向响应特性的多参数影响分析

建立了基于非线性轮胎侧偏特性的四轮车辆数值模型,考虑了轮胎垂直载荷的侧向转移,用该模型计算了车辆转向角阶跃输入下的侧向速度和横摆角速度响应,计算结果表明车辆质心纵向位置对车辆侧向响应特性具有较大的影响,而车辆转动惯量和轮间距对车辆侧向响应特性几乎没有影响.车辆响应特性随车辆质心纵向位置约呈指数关系变化,车辆质心越向前移,横摆角速度的响应也越快但超调量也随之增加.     

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.     

载重车辆翻新轮胎生命周期评价与分析

为有效评定轮胎翻新对社会、环境及企业的影响程度,基于生命周期理论,确定载重车辆翻新轮胎生命周期组成,构建翻新轮胎生命周期能量消耗模型、碳排放模型及经济性模型;提出轮胎翻新、机械粉碎、低温粉碎、燃烧分解、燃烧发电等5种再利用方式的能量替代模型、碳削减模型及成本利润模型;提出翻新轮胎生命周期能量消耗、碳排放及经济性评价指标;定量分析翻新轮胎生命周期各个阶段的能量消耗、碳排放量及成本利润,获得翻新轮胎5种再利用方式的能源恢复率、碳削减率及利润成本比。结果表明:翻新轮胎生产阶段的能量消耗、碳排放量均最大,运输阶段的能量消耗、碳排放量均最小;5种再利用方式中轮胎翻新的能量回收效果、碳削减率及经济性均较为理想,是废旧轮胎再利用的有效途径。     

基于虚拟试验场技术的越野车辆地形通过性评价系统

为了评价越野车辆的地形通过性,建立了基于虚拟试验场技术的评价系统.基于轮胎内压和轮胎刚度与有效接地面积基本成线性的关系,用试验系数对建立的轮胎粘弹性有限元模型进行了修正.研究了悬架的刚度-阻尼模型,并以多体动力学理论建立了车辆的6自由度动力学模型.以车轮六分力传感器和机器视觉测量方法建立了评价仿真模型的标定和验证硬件平台,并对实车试验与评价系统的仿真结果进行对比.对比结果表明:仿真与试验结果的干涉误差在5%以内,因此,评价系统可信.     

载重车辆-伸缩缝耦合系统的垂向振动数值模拟方法

为研究车辆对大位移伸缩缝振动特性的影响,考虑轮胎载重车辆过大位移桥梁伸缩缝时的真实激励特性,提出了一种载重车辆-伸缩缝耦合系统垂向动力学模型,同时引入新型快速积分法对数值模型进行求解.以ZL1600模数式大位移伸缩缝为研究对象,通过仿真结果与试验测试结果的对比验证模型有效性,并基于此模型分析了轮胎载重车辆对大位移伸缩缝的冲击效应.研究结果表明：中梁测点垂向速度的动力学模型仿真结果能较好地匹配试验测试结果,仿真得到中梁测点最大下沉位移的偏差均小于10.0%,表明该模型具有较高的计算精度;车辆轮胎力的最大冲击系数出现在车轮驶上伸缩缝后方桥面时,需要考虑对此处结构进行加强;车辆轮胎对伸缩缝中梁和后方桥面的冲击系数均随车速的增大而增大,最大冲击系数分别为0.67和0.82,均超过了国内现行规范的推荐值0.45,应得到重视.     

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。     

基于物理参数的转向架定位橡胶节点动力学建模

针对高速列车转向架悬挂系统中的弹性橡胶件, 开展了基于物理参数的橡胶件非线性动力学建模方法研究; 为准确模拟其非线性刚度与阻尼的硬度相关性、结构尺寸相关性、激励频率相关性和激励位移幅值相关性, 采用有限元软件ABAQUS中的Mooney-Rivlin橡胶本构模型表征橡胶件的刚度与其结构尺寸和胶料硬度之间的相关性, 采用包括分数导数阻尼力元、摩擦力元和弹簧力元的动力学模型表征橡胶件刚度和阻尼的频变、幅变特性, 采用最小二乘法实现基于台架试验的模型参数识别; 对橡胶垫和定位橡胶节点的非线性特性进行仿真和台架试验, 验证了动力学模型的有效性; 在SIMPACK软件中定义自编力元, 进行车辆动力学性能分析, 有限元模型为动力学模型提供了基础的模型参数。分析结果表明: 橡胶垫和定位橡胶节点的刚度与胶料邵氏硬度基本呈正比关系, 硬度80 HA对应的刚度约为60 HA时的2倍; 载荷作用方向的胶料越少其对应方向的刚度越大; 橡胶垫的轴向和径向刚度解耦, 分别受高度和内外径尺寸影响, 橡胶垫轴向刚度随高度的下降率为0.2~0.6 MN·m-1·mm-1; 定位橡胶节点的芯轴尺寸改变引起其轴向和径向刚度同时变化, 定位橡胶节点径向刚度随内径的增长率为3.1~5.2 MN·m-1·mm-1; 采用非线性橡胶件动力学模型的车辆动力学仿真结果与传统等效力元模型结果差异为20%, 说明橡胶垫和定位橡胶节点动态参数的非线性对车辆动力学性能有显著影响。      

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。     

纵坡弯道桥面沥青铺装结构剪应力分析

依据纵坡弯道车辆荷载作用特性,建立纵坡弯道桥面铺装结构三维有限元模型,分析车辆载重、行驶速度、弯道半径、纵坡坡度、沥青铺装层厚度与模量对水平剪应力的影响。结果表明：设计时避免最小半径极限值与纵坡坡度最大值同时出现,适当增大沥青铺装上层模量、铺装层总厚度、减小沥青铺装下层模量,并严格控制纵坡弯道上车速及车辆载重,可减少沥青铺装层发生推移病害的可能性。     

山区高速公路陡长坡沥青路面力学响应研究

分析了坡面车辆行驶特性,通过建立有限元模型对不同坡度、不同路面结构及不同荷载级位和分布形式下,陡长坡沥青路面力学响应和变形特性进行了分析。研究结果表明,坡面荷载合力明显高于常规平直路段荷载,因此对路面产生了更强的破坏效果;荷载接地压力的非均布效应非常显著;坡面上发生车辙变形的可能性比常规平直路段高25％以上,需要单独设...     

碳纤维与工程车辆翻新轮胎复合强化模型及增强机理

为了有效提高工程车辆翻新轮胎质量,以碳纤维作为增强体,工程翻新轮胎胎面作为基本体,通过设计复合材料的配方、黏合体系和混炼工艺,分析了经改性处理的碳纤维对胎面橡胶基体力学性能的影响。构建了碳纤维与胎面橡胶复合强化混合物理模型和分散物理模型。分析了碳纤维与胎面橡胶黏结状态及黏结机理。为获得高性能的碳纤维增强工程翻新轮胎奠定理论基础。     

基于ANSYS的工程车辆翻新轮胎振动模态有限元分析

工程翻新轮胎在使用过程中会有无数个振动,但一些频率较低的振动将会对其失效破坏产生较大影响,如果轮胎在100Hz以下共振,将会产生较大破坏。因此,分析工程翻新轮胎低阶振动频率及振型对实际应用的意义较大。构建工程车辆翻新轮胎的计算机几何模型、接触对模型、有限元分析模型,采用Lanczos法对工程翻新轮胎进行模态分析,数值模拟分析轮辋约束及地面接触约束两种工况下的前20阶固有频率和振型。得出以下结论:轮辋约束工况下,1、2、5、6、9、10、15、16、17阶振型为圆形,3、4、7、8、18、19、20阶振型为椭圆形,11、12阶振型为三角形,13、14阶振型为四边形,其中2~5阶、11~20阶振型的变化幅度较大;静态接地工况下,1、2、3、4、5、6、9、10、13、14、20阶振型为圆形,7、8阶振型为椭圆形,11、12阶振型为三角形,15、16阶振型为四边形,17、18、19阶振型为五边形,其中3~5阶的振型变化幅度较大。研究成果可为工程翻新轮胎的结构设计、使用性能及动力性能、失效机理分析提供重要理论指导。     

埋置波纹钢板管涵刚度对其受力性能的影响

为了分析埋置波纹钢板管涵结构的刚柔性及对整体受力性能的影响,建立了考虑土-结相互作用的有限元模型,在其他参数不变的条件下,改变波纹钢板的波形和厚度,分别计算和对比管涵内力、变形及土体变形,分析各种截面类型下波纹钢管涵的刚柔性,并研究各种情况下管涵内力、变形和土体变形分布的特点.结果表明：波纹钢板的截面特性参数改变会导致管涵结构刚柔性的改变;波纹钢板截面刚度的增大,使管涵的变形减小,导致管涵结构受到的土压力增大和管涵的应力增大;应平衡结构的应力和变形,合理选择波纹钢板的截面形式.     

非均布荷载作用下路面结构力学响应计算

选取了典型车型和典型路面结构,考虑了轮胎接地面积折减和压力的不均匀分布,进行非均匀分布垂直荷载作用下,沥青路面结构内力学响应的三维线弹性有限元计算,并分析了路面结构层模量变化时的影响。结果表明非均布荷载作用下面层结构内的剪应力值要明显大于均布荷载作用下的情况,现有设计方法可能低估了车辆荷载引起的路面响应。