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《陕西理工大学》 2020年
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花纹沟槽异物对轮胎使用特性的影响研究

张重阳  
【摘要】:轮胎是连接车身与路面的唯一媒介,汽车在行驶过程中,胎面与路面的摩擦特性,不仅影响轮胎的性能发挥,同时也影响车身的行驶安全、操纵稳定性等。目前国内外厂商对于轮胎的研发测试多集中于轮胎自身橡胶材料参数、轮胎结构等。忽略了环境路面等因素对轮胎的影响。环境路面中存在一种非正常情况,路面上的异物会影响车辆行驶和安全,比如异物刺破轮胎等,还有路面上的部分小异物会嵌入轮胎花纹沟槽中,随车轮运动。路面异物嵌入花纹沟槽不仅影响胎面接地特性,同时也会造成附着力降低、异常磨耗等。针对不同工况下胎面沟槽嵌入异物对轮胎的影响具有十分重要的现实意义。由于路面上异物的特点比较复杂,多呈现不规则性,所以选择目前解决复杂工程问题的常用方法有限元方法进行研究。为了精确描述轮胎花纹沟槽嵌入异物,首先进行型号205/55R16轮胎有限元模型的建立,针对胎面各个部分的橡胶材料进行试验辨识。在建模过程中,参考实体轮胎的尺寸进行花纹沟槽尺寸详细测量,建立三种类型花纹轮胎,并进行花纹轮胎模型精度验证,利用轮胎静力学台架进行刚度试验与接地压力分布试验,所得结果误差在5%以内,验证了轮胎模型的有效性。利用压力敏感纸展开轮胎径向与侧倾两方面接地印迹试验,对比有限元模型在相同工况下的印迹长宽,进一步验证模型有效性。采用3个接地印迹几何特征指标与3个接地压力力学特征指标进行接地特性描述。针对轮胎沟槽嵌入异物对接地特性的影响建立直角坐标系,以异物直径、胎压、载荷为变量分析对轮胎接地特性的影响趋势;瞬态工况下,改变胎压、侧偏角以及滚动速度分析花纹沟槽异物对轮胎的动力学特性影响。考虑轮胎嵌入异物引起接地特性的改变继而影响胎面正常磨耗,参考李钊、许顺凯等人提出的显式更新胎面磨耗方法,对ABAQUS软件基于Fortran语言进行二次开发,采用Archard公式计算胎面磨耗量,最后通过UMESHMOTION子程序更新胎面网格节点坐标。通过隐式自适应网格法与显式更新法从磨耗量及磨耗后胎面印迹进行分析对比,提出采用显式更新法进行胎面沟槽嵌入异物磨耗仿真。最后通过显式更新法对复杂花纹轮胎进行磨耗仿真,分别进行轮胎正常磨耗与沟槽嵌入异物磨耗仿真,结果表明,正常磨耗状况下胎肩磨耗相对于胎面中部磨耗严重,花纹块后部磨损较严重;花纹沟槽嵌入异物造成胎面在圆周方向磨耗不均匀,随着磨耗里程的增加,异物与沟槽挤压形成的空区域逐渐增大。此外,还研究车轮外倾角对轮胎磨耗特性的影响。花纹沟槽嵌入异物对于轮胎正常使用存在影响,基于轮胎印迹试验验证有限元模型,分析改变轮胎使用条件对接地特性的影响趋势,分析静态及动态下的轮胎力学特性;基于显式更新磨损方法,研究异物嵌入花纹沟槽对胎面磨损的影响。对花纹设计及胎体结构优化提供参考。
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