載重子午線輪胎橡膠材料時滯特性引起的滾動阻力分析.pdf

1、隨著載重汽車工業(yè)、貨物運輸行業(yè)以及高速公路的發(fā)展，載重子午線輪胎替代載重斜交輪胎是必然的發(fā)展趨勢。輪胎中由于橡膠材料時滯特性引起的滾動阻力(即內(nèi)摩擦滾動阻力)是汽車無效燃料消耗的重要組成部分之一，降低輪胎內(nèi)摩擦滾動阻力可節(jié)約能源，減少由于汽油的燃燒造成的大氣污染，有利于人類居住環(huán)境的保護，有利于人們的身體健康；同時降低內(nèi)摩擦滾動阻力還可以使得輪胎行駛中的內(nèi)部材料溫度降低，提高輪胎耐久性能和減少由于過多發(fā)熱而引起的早期肩空等質(zhì)量問題。

2、 基于上述原因，本論文對載重子午線輪胎的內(nèi)摩擦滾動阻力做了計算；并在此基礎(chǔ)之上分析了使用條件(氣壓、載荷、速度以及使用輪輞寬度)、結(jié)構(gòu)參數(shù)(外直徑、斷面寬、斷面高寬比、胎側(cè)曲線、胎圈寬度、帶束層結(jié)構(gòu)以及輪胎的設(shè)計輪輞配合寬度等)、輪胎各個部位骨架材料(胎體簾布層、胎圈部位的鋼絲圈鋼絲和增強鋼絲簾布)力學(xué)特性對內(nèi)摩擦滾動阻力的影響。為此，本論文做了如下幾方面工作： 首先，建立了更加合理、準確的11.00R20規(guī)格三維非線性有限

3、元模型，并對輪胎的靜負荷以及穩(wěn)態(tài)滾動工況下的變形與負荷性能等做了計算；分析了速度、負荷、氣壓對輪胎穩(wěn)態(tài)滾動時接地壓力分布的影響；得到了輪胎動負荷下的負荷特性曲線、接地面壓力分布曲面圖以及動負荷下輪胎接地面壓力分布隨速度、負荷與氣壓的變化趨勢等結(jié)果。 其次，應(yīng)用11.00R20載重子午線輪胎三維有限元分析模型的應(yīng)力應(yīng)變計算結(jié)果，通過MATLAB編程軟件編制了輪胎的內(nèi)摩擦滾動阻力計算程序；計算了載重子午線輪胎行駛過程中內(nèi)摩擦滾動阻力

4、在不同部位上的分布情況；分析了使用條件、結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料特性對輪胎內(nèi)摩擦滾動阻力及其分布的影響趨勢。 分析結(jié)果表明，胎面膠料的滯后損失占輪胎內(nèi)摩擦滾動阻力的主要部分。要降低輪胎內(nèi)摩擦滾動阻力，應(yīng)當主要從降低胎面橡膠材料的滯后損耗因子方面來考慮；同時，輪胎的結(jié)構(gòu)設(shè)計和骨架材料的力學(xué)特性對斷面上應(yīng)力應(yīng)變分布產(chǎn)生影響，由此而引起的對材料內(nèi)摩擦滾動阻力的影響也應(yīng)當引起重視。 在本論文的研究工作中存在以下三方面的創(chuàng)新點： (

5、1)建立了計算精度高的有限元模型 本文所建立的輪胎有限元模型采用處理非線性問題功能十分強大的MSC/MARC/MENTAT有限元分析軟件，合理考慮了輪胎斷面上各個部位的結(jié)構(gòu)和受力情況，采取一定措施合理簡化邊界條件，計算結(jié)果中的靜負荷下沉量與試驗結(jié)果吻合良好。 (2)開發(fā)了輪胎內(nèi)摩擦滾動阻力數(shù)值計算程序 采用4階fourier函數(shù)擬合輪胎穩(wěn)態(tài)滾動狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)一周的應(yīng)力和應(yīng)變隨輪胎轉(zhuǎn)過一周時的位置的分布曲線，試驗測定輪

6、胎各個部位膠料應(yīng)變滯后應(yīng)力的相角，回歸出應(yīng)變滯后應(yīng)力的閉合曲線，計算出能量損耗密度，從而計算內(nèi)摩擦滾動阻力，該計算過程是通過編制MATLAT計算程序進行的。 (3)從計算結(jié)果中提出了對全鋼絲載重子午線輪胎降低內(nèi)摩擦滾動阻力的改進措施 基于上述新模型和新程序的計算結(jié)果對輪胎各部分的能耗分布情況的準確預(yù)測，本論文從輪胎的使用條件、結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料特性等方面提出了對載重子午線輪胎進行降低內(nèi)摩擦滾動阻力優(yōu)化設(shè)計的具體措施。

7、 應(yīng)用本論文的內(nèi)摩擦滾動阻力分析結(jié)果，可對載重子午線輪胎降低內(nèi)摩擦滾動阻力的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。但值得注意的是，由于內(nèi)摩擦滾動阻力只是輪胎眾多性能中的一個，在進行輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)當結(jié)合實際使用要求具體分析，在盡可能降低內(nèi)摩擦滾動阻力的同時不要使輪胎的其它使用性能尤其是操縱安全性能等有所降低；另外，輪胎的各結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料特性參數(shù)對輪胎的使用性能的影響情況是相互聯(lián)系的，因此在輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計時，雖然考慮單個因素的獨立影響效應(yīng)必不可少，