基于ADINA的輪胎力場(chǎng)和溫度場(chǎng)研究.pdf

1、隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)的行駛速度有了很大提高，但隨之也帶來(lái)了輪胎脫層乃至爆裂等負(fù)面效應(yīng)。因此，研究輪胎力場(chǎng)和溫度場(chǎng)對(duì)于優(yōu)化輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和防止爆胎具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文利用有限元軟件ADINA對(duì)輪胎力場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)行了有益的探討研究。 輪胎是由橡膠及簾線等組成的，集各種非線性(材料、幾何、邊界接觸)于一體的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體。進(jìn)行輪胎力學(xué)與熱學(xué)分析需要準(zhǔn)確的輪胎膠料力學(xué)和熱學(xué)物性參數(shù)為基礎(chǔ)。 通過(guò)單向拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)出了輪胎各部位

2、硫化橡膠的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，借助有限元軟件ADINA擬合出三種橡膠模型下的力學(xué)參數(shù)，通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)Ogden模型描述輪胎膠料較為合理。采用動(dòng)態(tài)力學(xué)分析法(DMA)，使用德國(guó)NETZSCH DMA 242實(shí)驗(yàn)儀，獲得了輪胎用七種膠料的損耗因子tan 6在5個(gè)頻率下隨溫度的變化曲線。這些數(shù)據(jù)為輪胎熱力學(xué)計(jì)算提供了依據(jù)。 采用激光擴(kuò)散法利用LFA447型導(dǎo)熱儀對(duì)輪胎所用的七種膠料的熱物性數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量。通過(guò)回歸分析得到了導(dǎo)熱系數(shù)及比熱隨

3、溫度的線性變化關(guān)系式。這些公式可用以預(yù)測(cè)膠料的熱物性參數(shù)，為輪胎非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬提供基礎(chǔ)參數(shù)。 在以上研究的基礎(chǔ)上通過(guò)合理的假設(shè)，在ADINA中建立了輪胎力學(xué)分析的有限元模型，并給出了相應(yīng)的初始條件和邊界條件，分析了輪胎力場(chǎng)的分布情況。研究表明：接地壓力沿軸向方向(從胎冠中心向胎肩)的分布曲線類(lèi)似于馬鞍形；橫向摩擦應(yīng)力在胎冠接地邊緣距縱向中心距離的三分之一處出現(xiàn)最高值，其擬合曲線接近正弦曲線。 改變輪胎的載荷和胎壓

4、，得到了輪胎最大應(yīng)力、應(yīng)變、位移與載荷的關(guān)系以及最大應(yīng)力、應(yīng)變、位移與胎壓的關(guān)系，建立了輪胎最大應(yīng)力、應(yīng)變、位移與載荷以及最大應(yīng)力、應(yīng)變、位移與胎壓的回歸公式。關(guān)聯(lián)系數(shù)接近于1，有較高的工程使用價(jià)值。 結(jié)合輪胎穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的基本原理，在三個(gè)基本假設(shè)下，建立了輪胎穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)分析模型。研究表明：輪胎的高溫區(qū)主要集中在胎肩、輪胎內(nèi)表面和胎圈附近。選取了三個(gè)有代表性的截面，分析了輪胎溫度沿厚度方向的變化，并分析了其形成原因；選取了三個(gè)有代

5、表性的測(cè)溫點(diǎn)，充分考慮輪胎工作條件的一致性，將ADINA分析得到的數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以此驗(yàn)證所建模型的正確性和可靠性。比較后發(fā)現(xiàn)相對(duì)誤差均在25％之內(nèi)。這說(shuō)明用ADINA進(jìn)行輪胎溫度場(chǎng)分析，得到的結(jié)果是可靠的，能滿足工程需要。利用ADINA的熱力耦合分析功能，對(duì)輪胎的溫升過(guò)程進(jìn)行了模擬。研究發(fā)現(xiàn)：20分鐘前溫升很快，隨后升溫速率減慢，在50分鐘左右生熱與散熱達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，輪胎的溫度基本保持不變，此時(shí)可以認(rèn)為輪胎內(nèi)部的溫度