載重子午線輪胎熱應(yīng)力耦合問題的研究.pdf

1、隨著汽車工業(yè)與高速公路的不斷發(fā)展，汽車的行駛速度日益提高，對輪胎質(zhì)量與性能的要求也越來越苛刻。輪胎是汽車中最基本的部件之一，承載負荷，傳遞力矩。輪胎在滾動過程中受到外部載荷作用發(fā)生形變，引起輪胎內(nèi)部溫度升高，導致橡膠材料的化學與物理性能下降而喪失強度，因此輪胎溫度過高是影響輪胎壽命的主要原因之一。研究滾動輪胎內(nèi)部的溫度場分布規(guī)律，可以指導輪胎的結(jié)構(gòu)與配方進行合理設(shè)計，降低輪胎的滾動阻力，縮短研發(fā)周期，降低科研成本，具有重要的科研價值與經(jīng)

2、濟效益。
　　本文基于有限元分析軟件Abaqus，以輪胎各部位材料的力學與熱學實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，輪胎靜態(tài)負荷接地的各項實測數(shù)據(jù)為對照，利用有限元技術(shù)完成了12R22.5載重子午線輪胎力場與溫度場的模型建立，并對數(shù)值模擬的結(jié)果進行了驗證與分析。
　　首先，對輪胎的各部位膠料進行單軸拉伸實驗與等雙軸拉伸實驗，來獲取應(yīng)力-應(yīng)變實驗數(shù)據(jù)，選擇Yeoh模型對曲線進行擬合得到膠料的本構(gòu)參數(shù)。選擇合理的實驗方法測量了膠料在不同溫度下的導熱系

3、數(shù)、比熱等熱學性能參數(shù)，以及膠料的密度、損耗因子等動態(tài)力學性能參數(shù)。
　　根據(jù)單向熱力耦合的理論，將溫度場的計算分析分為三個部分：變形分析、能量損耗分析和熱學分析。首先，在Abaqus中創(chuàng)建輪胎的變形分析模型，實現(xiàn)了輪胎的裝配工況、充氣工況、靜態(tài)接地工況、穩(wěn)態(tài)滾動工況的有限元分析。其次，利用數(shù)學軟件MATLAB編寫程序?qū)Φ刃?yīng)力、等效應(yīng)變進行傅里葉變換的方式來計算輪胎各部位膠料的生熱率。最后，創(chuàng)建輪胎的溫度場模型，利用Abaqus

4、的關(guān)鍵詞命令*CFLUX 定義輪胎的內(nèi)熱源，對輪胎的內(nèi)外表面采用對流換熱的邊界條件，實現(xiàn)了輪胎穩(wěn)態(tài)溫度分布的數(shù)值模擬。
　　根據(jù)上述有限元分析的結(jié)果，分析了輪胎穩(wěn)態(tài)溫度分布的基本特征與規(guī)律及相關(guān)參數(shù)的影響。分析結(jié)果表明，負荷、充氣壓力、行駛速度、側(cè)傾角均對輪胎溫度場有較大的影響。輪胎的高溫區(qū)域分布在胎肩與胎圈區(qū)域，最高溫度隨行駛速度、負荷的增大而升高，隨充氣壓力的增大而降低。側(cè)傾工況下，側(cè)傾接地一側(cè)溫度高于非接地一側(cè)，最大溫度隨側(cè)