載重子午線輪胎熱應(yīng)力耦合問(wèn)題的研究.pdf

1、隨著汽車工業(yè)與高速公路的不斷發(fā)展，汽車的行駛速度日益提高，對(duì)輪胎質(zhì)量與性能的要求也越來(lái)越苛刻。輪胎是汽車中最基本的部件之一，承載負(fù)荷，傳遞力矩。輪胎在滾動(dòng)過(guò)程中受到外部載荷作用發(fā)生形變，引起輪胎內(nèi)部溫度升高，導(dǎo)致橡膠材料的化學(xué)與物理性能下降而喪失強(qiáng)度，因此輪胎溫度過(guò)高是影響輪胎壽命的主要原因之一。研究滾動(dòng)輪胎內(nèi)部的溫度場(chǎng)分布規(guī)律，可以指導(dǎo)輪胎的結(jié)構(gòu)與配方進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，降低輪胎的滾動(dòng)阻力，縮短研發(fā)周期，降低科研成本，具有重要的科研價(jià)值與經(jīng)

2、濟(jì)效益。
　　本文基于有限元分析軟件Abaqus，以輪胎各部位材料的力學(xué)與熱學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，輪胎靜態(tài)負(fù)荷接地的各項(xiàng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為對(duì)照，利用有限元技術(shù)完成了12R22.5載重子午線輪胎力場(chǎng)與溫度場(chǎng)的模型建立，并對(duì)數(shù)值模擬的結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證與分析。
　　首先，對(duì)輪胎的各部位膠料進(jìn)行單軸拉伸實(shí)驗(yàn)與等雙軸拉伸實(shí)驗(yàn)，來(lái)獲取應(yīng)力-應(yīng)變實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選擇Yeoh模型對(duì)曲線進(jìn)行擬合得到膠料的本構(gòu)參數(shù)。選擇合理的實(shí)驗(yàn)方法測(cè)量了膠料在不同溫度下的導(dǎo)熱系

3、數(shù)、比熱等熱學(xué)性能參數(shù)，以及膠料的密度、損耗因子等動(dòng)態(tài)力學(xué)性能參數(shù)。
　　根據(jù)單向熱力耦合的理論，將溫度場(chǎng)的計(jì)算分析分為三個(gè)部分：變形分析、能量損耗分析和熱學(xué)分析。首先，在Abaqus中創(chuàng)建輪胎的變形分析模型，實(shí)現(xiàn)了輪胎的裝配工況、充氣工況、靜態(tài)接地工況、穩(wěn)態(tài)滾動(dòng)工況的有限元分析。其次，利用數(shù)學(xué)軟件MATLAB編寫程序?qū)Φ刃?yīng)力、等效應(yīng)變進(jìn)行傅里葉變換的方式來(lái)計(jì)算輪胎各部位膠料的生熱率。最后，創(chuàng)建輪胎的溫度場(chǎng)模型，利用Abaqus

4、的關(guān)鍵詞命令*CFLUX 定義輪胎的內(nèi)熱源，對(duì)輪胎的內(nèi)外表面采用對(duì)流換熱的邊界條件，實(shí)現(xiàn)了輪胎穩(wěn)態(tài)溫度分布的數(shù)值模擬。
　　根據(jù)上述有限元分析的結(jié)果，分析了輪胎穩(wěn)態(tài)溫度分布的基本特征與規(guī)律及相關(guān)參數(shù)的影響。分析結(jié)果表明，負(fù)荷、充氣壓力、行駛速度、側(cè)傾角均對(duì)輪胎溫度場(chǎng)有較大的影響。輪胎的高溫區(qū)域分布在胎肩與胎圈區(qū)域，最高溫度隨行駛速度、負(fù)荷的增大而升高，隨充氣壓力的增大而降低。側(cè)傾工況下，側(cè)傾接地一側(cè)溫度高于非接地一側(cè)，最大溫度隨側(cè)