輪胎花紋變形特性數(shù)值模擬分析.pdf

1、輪胎胎面花紋是輪胎與路面相互作用的直接接觸部位，它不僅對輪胎的抓地性有直接的影響，同時也是汽車通過噪聲的主要影響因素。一直以來，胎面花紋由于其幾何形狀復(fù)雜性，輪胎與路面的接觸工況多樣性以及輪胎橡膠材料特性的可變性等，其變形特性很難利用試驗等方法直觀的得到并加以分析，因此也越來越成為研究汽車性能的一個主要的方向。
　　 本文擬利用數(shù)值模擬方法展開對輪胎在一定工況下胎面花紋的變形特性進行研究，其目的是為后續(xù)的汽車通過噪聲以及輪胎的抓

2、地性等提供一定的基礎(chǔ)和服務(wù)。首先較系統(tǒng)的闡述了主要的數(shù)值模擬方法之一有限元法的基本理論，特別是針對在輪胎胎面花紋變形特性中應(yīng)用較多的大變形問題以及求解方法等。
　　 利用有限元技術(shù)展開的數(shù)值模擬所需要的幾何模型是利用三維造型軟件I-DEAS來實現(xiàn)的。輪胎的幾何模型以195/60R14子午線輪胎為基礎(chǔ)，利用I-DEAS創(chuàng)建了比較精確的含花紋輪胎實體模型。該模型包括了對輪胎特性影響較大的胎面縱向花紋以及橫向花紋，同時該模型也具體的描

3、述了組成輪胎的各層結(jié)構(gòu)。為后續(xù)的模擬提供了較準確的幾何模型。根據(jù)輪胎的運行工況以及相關(guān)的各層材料特性等建立了進行輪胎花紋特性分析的有限元模型。有限元模型首先在幾何模型的基礎(chǔ)上針對各層的材料分別賦予了相應(yīng)的各向同性或各向異性的材料特性；再利用三維實體單元將幾何模型進行了離散；接下來根據(jù)相應(yīng)的分析工況進行了邊界條件的分析和施加；最后選擇了相關(guān)的求解算法。通過上述的幾個關(guān)鍵步驟初步的得到了可應(yīng)用于進行數(shù)值模擬的有限元模型。輪胎與路面的接觸過程

4、是通過控制與剛性目標面固連的PILOT節(jié)點來實現(xiàn)路面相對于花紋輪胎的運動。
　　 為了更好的描述和說明輪胎花紋的變形特性，本文選擇了三個典型的計算工況：1)在不同充氣壓力以及下沉量下的輪胎路面靜態(tài)接觸工況。該工況主要揭示在規(guī)則印跡下輪胎花紋的變形與上述參數(shù)的關(guān)系，初步了解輪胎花紋的變形特性；2)在勻速下的輪胎滾動工況。描述在動態(tài)特性下花紋的變形特性，同時也說明在此工況下輪胎花紋與路面之間的相互關(guān)系。3)在動載荷下的輪胎路面接觸工

5、況。該工況主要在隨機路面激勵下研究輪胎與路面接觸花紋的變形特性，花紋與路面之間的碰撞能量以及泵吸效應(yīng)區(qū)域的體積變化等。
　　 最后通過上述幾種工況下的數(shù)據(jù)模擬結(jié)果，系統(tǒng)的分析了輪胎與路面之間的關(guān)系。較好的得到了輪胎與路面接觸過程中的輪胎胎面花紋的變形特性；輪胎花紋與路面之間的接觸應(yīng)力以及能量；輪胎胎面花紋在接觸中的應(yīng)力狀態(tài)以及泵氣效應(yīng)區(qū)域的體積變化等狀態(tài)參數(shù)，同時也利用一些數(shù)據(jù)進一步分析了胎面花紋變形特性。這些分析為后續(xù)的輪胎花