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汽车免充气车轮接地力学与动态特性分析

向仲兵  
【摘要】:汽车免充气车轮因其在军事、越野与采矿等恶劣条件下具有传统充气轮胎无法比拟的优势而受到工程师的关注。汽车免充气车轮是轮胎未来发展的方向,免充气车轮的研究对汽车轮胎行业有着重要的工程意义。以鸟巢结构式免充气车轮为研究对象,以车轮接地力学分析与动态特性分析为主线,以有限元分析技术为研究手段。具体研究如下:考虑车轮与材料的非线性特性建立鸟巢结构式免充气车轮的有限元模型。利用有限元软件ABAQUS分析下沉量对不同阵列数车轮的接地性态的影响,具体包括接地印迹、法向应力分布与最大法向应力值。考虑车轮结构与材料的特殊性,分析不同外胎材料与接地位置对车轮接地性态的影响;考虑侧倾工况中侧倾角对车轮接地性态的影响;同时考虑车轮与地面的摩擦系数对车轮剪切应力的影响。基于蜂窝结构的固有频率计算理论推导出规则菱形结构、筝形结构的固有频率计算公式,并提出车轮鸟巢结构的固有频率计算公式。利用ABAQUS验证规则菱形结构与鸟巢结构的固有频率计算公式的正确性,并分析结构参数对菱形结构与鸟巢结构固有频率的影响规律。利用ABAQUS的模态分析技术求解阵列30的鸟巢结构式免充气车轮的特征频率与模态振型,分析不同阵列数车轮的固有频率和外胎材料对车轮径向固有频率的影响;分析接地工况对车轮振动频率与模态振型的影响;分析载荷与转速对车轮振动频率的影响。并基于模态分析的结果对车轮进行瞬态响应分析,得到危险节点在100N点载荷作用下的应力与位移变化曲线。基于车轮静态接地分析得到车轮稳态滚动中振动产生的主要原因是车轮不同接地位置的力学差异,以不同接地位置的最大法向应力差值为衡量指标,分析转速对不同阵列数车轮在稳态滚动中的影响,同时分析侧倾角对阵列30的车轮在稳态滚动中的影响。


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