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轮胎结构设计与性能仿真的研究

论文编号:DQ330 论文字数:18444,页数:43

摘要
随着汽车工业的发展，对高性能轮胎的研究已成为十分活跃的研究领域，也引起了世界各国的高度重视。汽车轮胎的子午线是我国轮胎工业产品升级换代的方向。同时，轮胎的研究内容涉及材料学，力学，机械学等多个学科，特别是轮胎材料，轮胎的大变形以及轮胎与路面的接触等都为强非线形问题，因而对轮胎结构设计与性能仿真的研究是很富挑战的课题。
轮胎结构设计CAD中，提出了一种规划轮廓曲线形状的数字化方法。该方法大大增加了轮廓设计的自由度，并可与FEM模块很好地结合起来，而且还可有效地控制轮胎模型的有限单元总数，从而为快速求解和数据处理创造了十分方便的条件。
用一套能够在微机上高效运行的子午线轮胎“动态仿真综合分析系统CASDS”。用该系统模拟轮胎充气工况，充气且高速旋转工况的轮胎变形情况及应力应变情况；模拟了轮胎在垂直载荷作用下与地面发生接触的正接地工况下轮胎的变形情况，应力应变情况以及印痕区的接地压强分布等，并在接地问题中考虑了摩擦的影响而使得该分析结果与实际情况吻合，初步达到了性能仿真的预期目标；本文还模拟了轮胎在水平牵引力和垂直载荷共同作用下的从动轮公况，研究从动轮胎从静止到发生滚动这一过程中的接地印痕与接地压强的变化情况。

关键词：子午线轮胎仿真 CAD

Abstract
With the development of the automobile industry ,the study on high performance tire is becoming an active research field attracting researchers all over the world. Produced and use of radial tires to replace other tires is the development direction of the industry in our country. Moreover, itmakes the tire research to be an area full of challenge that the research is closely related to many subjects such as science of material, mechanics and mechanical engineering, etc, and especially that the materials used for tire, the large deformation of tire and the contact between tire and road are all dealings with strong nonlinearity.
In the CAD for tire structure design, a new digital method for drawing the contour of a tire is developed in this paper, which makes the drawing of tire contour more freely than before. The digital contour can be transferred to FEM program to build the FE model,and the amount of elements can then be under control. By this way, convenient data handling and quick solution can be achieved.
Based on the study, a Comprehensive Analysis Syetem by Dynamic Simulation (CASDS) proposed in this paper which can be run at high speed on a PC. The CASDS has been used the development of a new product, radial tire 205/60R15, to simulate the following cases: (1) aired tire; (2)aired tire with high speed rotation; (3)aired tire contacted with road under vertical load only; amd (4)aired tire contacted with road under vertical load and horizontal pulling force.

Keywords：radial , Simulation, CAD

目录
摘要 I
Abstrct II
目录 III
1.前言 2
1.1 研究内容及其应用背景 2
1.2   研究目标 2
1.3   研究方案 2
1.3.1 理论研究 2
     1.3.2 实验研究 3
2 轮胎演化及结构设计理论研究进展 4
2.1 轮胎 4
2.1.1 充气轮胎概述 4
2.1.2 子午线轮胎及其发展简况 4
2.1.3 子午线轮胎的结构和特点 4
2.1.4 子午线轮胎的优点 5
2.1.5 子午线轮胎的缺点 5
2.1.6 各国子午线轮胎发展情况 6
   2.2 轮胎设计理论研究的发展 7
2.2.1 网络理论 7
2.2.3 薄壳理论 8
2.2.4 轮胎的有限元分析法 8
3 动态仿真综合分析系统(CASDS) 11
3.1 概述 12
3.2   CASDS框图 14
3.3 实现动态仿真综统需要合分析系解决的几个主要问题 15
3．4 CASDS功能模块 16
     3.4.1 CAD模块 16
     3.4.2 FE模块 19
3.4.3 性能分析模块 21
    3.5 小结 22
4    CASDS系统在子午线胎设计中的运用 23
   4.1 数字化的轮廓曲线 23
   4.2 FE模型 23
4.3 采用CASDS系统对205/60R15子午线轮胎的性能仿真 25
      4.3.1 轮胎充气工况下轮廓形状的预测 25
      4.3.2 轮胎充气工况的应力应变情况 25
      4.3.3 轮胎充气且高速旋转工况下轮廓形状的预测 26
      4.3.4 轮胎充气且高速旋转工况下断面应力应变情况 30
      4.3.5 轮胎静接地工况下变形模拟 31
      4.3.6轮胎静接地工况下的最大应力应变 34
      4.3.7轮胎静接地工况下印痕形状与接触压强分布 37
      4.3.8从动轮接地工况分析 38
4.4 CASDS系统模拟结果与分析小结 40
5．结论 42
致谢 43
参考文献 44