輪胎胎面磨耗行為的實驗研究與數(shù)值分析.pdf

1、本文針對當前輪胎工程界和學(xué)術(shù)界亟需解決的極具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用基礎(chǔ)課題——輪胎胎面磨耗分析，開展了從胎面橡膠摩擦、磨耗模型(包括確定模型中參數(shù)的試驗方法)到磨耗數(shù)值求解策略的一系列的研究工作，從而初步形成了完整的輪胎胎面磨耗分析方法。
　　 本文提出了新的消除原測試方法所帶來的“結(jié)構(gòu)響應(yīng)”影響的銷-盤式試驗方法。利用新方法測試了不同接觸面條件下(包括3種摩擦盤，5檔載荷和8檔摩擦盤速度)胎面橡膠的摩擦系數(shù)，在玻璃盤上，摩擦系數(shù)隨著接觸

2、壓力的增加而單調(diào)增加，隨著滑動速度的增加先急劇減小，而后趨于平緩;在60目剛玉盤和180目剛玉盤上，摩擦系數(shù)均隨著接觸壓力的增加而先增加后減小(至今未見文獻報道的新現(xiàn)象)，隨著滑動速度的增加而增加，而后趨于平緩。由此提出了表征不同接觸面條件下胎面橡膠摩擦行為的統(tǒng)一摩擦模型。還建立了模擬新方法測試過程的有限元模型，對銷-盤式試驗過程進行了模擬，驗證了新方法是有效的;同時計算了不同接觸面、不同載荷和滑動速度下的摩擦力，驗證了統(tǒng)一摩擦模型是有

3、效的。此外，還模擬了橡膠輪在不同摩擦盤上的側(cè)偏滾動，計算得到的不同載荷下的橡膠輪側(cè)向力與實測結(jié)果也吻合較好，進一步驗證了摩擦模型的有效性。
　　 利用LAT100測試了六種不同膠料在60目剛玉盤上的磨耗行為，并使用冪函數(shù)磨耗模型和本文提出的溫度表征模型對測試結(jié)果進行了擬合，擬合結(jié)果具有很高的相關(guān)性，表明上述兩個模型是有效的。利用有限元方法對試驗結(jié)果進行了數(shù)值考評。提出了完整的磨耗后處理數(shù)值求解策略，即首先利用包含材料模型、幾何模

4、型和摩擦磨耗模型的有限元模型計算接觸面的磨耗速率和磨耗方向;然后使用表層最大允許磨耗深度作為網(wǎng)格更新的判據(jù)確定當前的磨耗步長，并利用邊界位移法來實現(xiàn)磨耗后網(wǎng)格的更新;同時借助于ABAQUS python腳本語言成功實現(xiàn)了上述磨耗過程模擬的自動化處理。還考察了判據(jù)參數(shù)δ對磨耗模擬結(jié)果的影響，提出了δ的優(yōu)化選取方法，進而模擬了不同工況下橡膠輪磨耗行為。結(jié)果表明:橡膠輪磨耗質(zhì)量隨著滾動距離的增加而增加;接地印痕長度逐漸增加，且接地壓力不均勻性

5、逐漸增大。
　　 在本課題組長期形成的輪胎結(jié)構(gòu)有限元建模方法和求解策略基礎(chǔ)上建立了只包含縱溝軸對稱輪胎(185/75R14)穩(wěn)態(tài)滾動的隱式動力學(xué)模型。針對含縱溝軸對稱輪胎的結(jié)構(gòu)特點，提出了磨耗后網(wǎng)格更新的修正邊界位移法，并采用分區(qū)多參考點法處理磨耗方向，同時借助于ABAQUS python腳本語言成功實現(xiàn)了上述磨耗后處理過程的自動化。采用統(tǒng)一摩擦模型和冪函數(shù)磨耗模型，同時采用基于本文提出的修正邊界位移法的磨耗后處理法，對輪胎穩(wěn)態(tài)

6、滾動胎面磨耗過程進行了模擬，首次初步揭示了輪胎自由滾動時輪胎截面輪廓的演化規(guī)律:胎面磨耗輪廓整體上左右對稱，但各個花紋條均出現(xiàn)了不均勻磨耗現(xiàn)象;磨耗深度最大區(qū)域發(fā)生在外兩側(cè)花紋條的內(nèi)側(cè)接地區(qū)域;最小區(qū)域則發(fā)生在外兩側(cè)花紋條的外側(cè)接地區(qū)域。還揭示了胎面接地壓力分布的演化過程，即接地壓力分布的不均勻性逐漸增加，壓力較大區(qū)域向接地區(qū)中間集中，接地印痕側(cè)向?qū)挾戎饾u減小，縱向?qū)挾戎饾u增大?？疾炝溯喬バ旭偣r和花紋結(jié)構(gòu)參數(shù)對胎面磨耗的影響。結(jié)果表明

7、:行駛速度越高，胎面磨耗速率越大;充氣壓力越小，胎面磨耗速率越大;載荷越大，胎面磨耗速率越大;制動和側(cè)偏工況下胎面的磨耗速率均遠大于自由滾動下的磨耗速率;隨著溝深的減小，胎面磨耗速率降低，而溝寬改變時胎面磨耗速率基本不變。
　　 在本課題組長期形成的輪胎結(jié)構(gòu)有限元建模方法和“先隱式后顯式”求解策略基礎(chǔ)上，建立了含復(fù)雜胎面花紋輪胎(185/75R14)的顯式動力學(xué)模型(該模型中還包含了本文提出的反正切簾線模型)，順利模擬了0-30

8、°側(cè)偏角的輪胎側(cè)偏滾動和0-100％滑移率的輪胎驅(qū)動。針對含復(fù)雜胎面花紋的結(jié)構(gòu)特點，提出了磨耗后網(wǎng)格更新的周期性修正邊界位移法，提出并采用節(jié)點順序定位法處理磨耗方向，同時借助于ABAQUS python腳本語言成功實現(xiàn)了上述磨耗后處理過程的自動化。采用統(tǒng)一摩擦模型和冪函數(shù)磨耗模型，且采用基于周期性的修正邊界位移法的磨耗后處理法，對含復(fù)雜胎面花紋輪胎自由滾動胎面磨耗過程進行了模擬，首次初步揭示了輪胎自由滾動時輪胎胎面輪廓的演化規(guī)律:胎面磨

9、耗輪廓整體上左右對稱，但各個花紋塊均出現(xiàn)了側(cè)向和縱向的不均勻磨耗現(xiàn)象;磨耗深度最大區(qū)域發(fā)生在外兩側(cè)花紋塊的內(nèi)側(cè)接地區(qū)域;最小區(qū)域則發(fā)生在外兩側(cè)花紋塊的外側(cè)接地區(qū)域。還揭示了胎面接地壓力分布的演化過程，即接地壓力分布的不均勻性逐漸增加，壓力較大區(qū)域向接地區(qū)中間集中，接地印痕側(cè)向?qū)挾戎饾u減小，縱向?qū)挾戎饾u增大。另外，含復(fù)雜胎面花紋輪胎的胎面磨耗速率遠大于含縱溝軸對稱輪胎的磨耗速率，約為3.58倍。
　　 最后對全文工作進行了總結(jié)，并