載重子午線輪胎橡膠材料時(shí)滯特性引起的滾動(dòng)阻力分析.pdf

1、隨著載重汽車工業(yè)、貨物運(yùn)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(shì)。輪胎中由于橡膠材料時(shí)滯特性引起的滾動(dòng)阻力(即內(nèi)摩擦滾動(dòng)阻力)是汽車無(wú)效燃料消耗的重要組成部分之一，降低輪胎內(nèi)摩擦滾動(dòng)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(hù)，有利于人們的身體健康；同時(shí)降低內(nèi)摩擦滾動(dòng)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(guò)多發(fā)熱而引起的早期肩空等質(zhì)量問(wèn)題。

2、 基于上述原因，本論文對(duì)載重子午線輪胎的內(nèi)摩擦滾動(dòng)阻力做了計(jì)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(jì)輪輞配合寬度等)、輪胎各個(gè)部位骨架材料(胎體簾布層、胎圈部位的鋼絲圈鋼絲和增強(qiáng)鋼絲簾布)力學(xué)特性對(duì)內(nèi)摩擦滾動(dòng)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(zhǔn)確的11.00R20規(guī)格三維非線性有限

3、元模型，并對(duì)輪胎的靜負(fù)荷以及穩(wěn)態(tài)滾動(dòng)工況下的變形與負(fù)荷性能等做了計(jì)算；分析了速度、負(fù)荷、氣壓對(duì)輪胎穩(wěn)態(tài)滾動(dòng)時(shí)接地壓力分布的影響；得到了輪胎動(dòng)負(fù)荷下的負(fù)荷特性曲線、接地面壓力分布曲面圖以及動(dòng)負(fù)荷下輪胎接地面壓力分布隨速度、負(fù)荷與氣壓的變化趨勢(shì)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(jì)算結(jié)果，通過(guò)MATLAB編程軟件編制了輪胎的內(nèi)摩擦滾動(dòng)阻力計(jì)算程序；計(jì)算了載重子午線輪胎行駛過(guò)程中內(nèi)摩擦滾動(dòng)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(duì)輪胎內(nèi)摩擦滾動(dòng)阻力及其分布的影響趨勢(shì)。 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(dòng)阻力的主要部分。要降低輪胎內(nèi)摩擦滾動(dòng)阻力，應(yīng)當(dāng)主要從降低胎面橡膠材料的滯后損耗因子方面來(lái)考慮；同時(shí)，輪胎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和骨架材料的力學(xué)特性對(duì)斷面上應(yīng)力應(yīng)變分布產(chǎn)生影響，由此而引起的對(duì)材料內(nèi)摩擦滾動(dòng)阻力的影響也應(yīng)當(dāng)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(diǎn)： (

5、1)建立了計(jì)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(wèn)題功能十分強(qiáng)大的MSC/MARC/MENTAT有限元分析軟件，合理考慮了輪胎斷面上各個(gè)部位的結(jié)構(gòu)和受力情況，采取一定措施合理簡(jiǎn)化邊界條件，計(jì)算結(jié)果中的靜負(fù)荷下沉量與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。 (2)開(kāi)發(fā)了輪胎內(nèi)摩擦滾動(dòng)阻力數(shù)值計(jì)算程序 采用4階fourier函數(shù)擬合輪胎穩(wěn)態(tài)滾動(dòng)狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)一周的應(yīng)力和應(yīng)變隨輪胎轉(zhuǎn)過(guò)一周時(shí)的位置的分布曲線，試驗(yàn)測(cè)定輪

6、胎各個(gè)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(jì)算出能量損耗密度，從而計(jì)算內(nèi)摩擦滾動(dòng)阻力，該計(jì)算過(guò)程是通過(guò)編制MATLAT計(jì)算程序進(jìn)行的。 (3)從計(jì)算結(jié)果中提出了對(duì)全鋼絲載重子午線輪胎降低內(nèi)摩擦滾動(dòng)阻力的改進(jìn)措施 基于上述新模型和新程序的計(jì)算結(jié)果對(duì)輪胎各部分的能耗分布情況的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，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(duì)載重子午線輪胎進(jìn)行降低內(nèi)摩擦滾動(dòng)阻力優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體措施。

7、 應(yīng)用本論文的內(nèi)摩擦滾動(dòng)阻力分析結(jié)果，可對(duì)載重子午線輪胎降低內(nèi)摩擦滾動(dòng)阻力的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dòng)阻力只是輪胎眾多性能中的一個(gè)，在進(jìn)行輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際使用要求具體分析，在盡可能降低內(nèi)摩擦滾動(dòng)阻力的同時(shí)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(duì)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(jì)時(shí)，雖然考慮單個(gè)因素的獨(dú)立影響效應(yīng)必不可少，