輪胎花紋的有關(guān)分析

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1、輪胎花紋的有關(guān)分析關(guān)鍵詞胎面花紋;接地壓力;摩擦應(yīng)力;三維建模；有限元模型摘要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(duì)輪胎的抓地性有直接的影響，而且對(duì)汽車的性能也有極大的影響。因此我們通過(guò)一些數(shù)學(xué)模型來(lái)進(jìn)行定性的分析。就汽車花紋的的樣式，我們通過(guò)查找文獻(xiàn)知識(shí)得到，具體分為普通花紋、越野花紋、混合花紋、塊狀花紋、非對(duì)稱花紋和定向花紋這6種，然后就這6種花紋情況下，我們采用控制變量法，來(lái)逐個(gè)分析花紋樣式對(duì)汽車性能的影響，然后我們針對(duì)性的選擇縱向花紋這種典型情況，進(jìn)行了一個(gè)縱向花紋的三維建模，主要

2、公式有，。根據(jù)前面建立的坐標(biāo)系可知是繞Y軸旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)矩陣為:=我們對(duì)整個(gè)輪胎進(jìn)行了三維建模，我們借助李兵提出的組合周向保角映射建模法和組合類保角映射簇建模法理論（是近期花紋輪胎建模技術(shù)的重要進(jìn)展）[3]。本文根據(jù)組合類保角映射簇建模法的基本原理,利用12.00R20型輪胎子午面內(nèi)二維胎面的外輪廓曲線為圓弧的特點(diǎn),對(duì)組合類保角映射簇建模法進(jìn)行了簡(jiǎn)化,使之成為合二次周向保角映射,實(shí)現(xiàn)了從曲面到平面的轉(zhuǎn)換。緊接著，我們應(yīng)用有限元分析法的思路，進(jìn)行對(duì)輪胎花紋分析，輪胎由于充氣和垂直載荷等作用，輪胎結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生較大的變

3、形，輪胎幾何結(jié)構(gòu)的這種變形屬于幾何非線性問(wèn)題。進(jìn)下來(lái)我們對(duì)幾何非線性問(wèn)題進(jìn)行了再次通過(guò)組合二次周向保角映射建模法，建立了輪胎的三維有限元模型。采用通用有限元軟件ABAQUS,對(duì)該模型進(jìn)行了靜負(fù)荷工況及穩(wěn)態(tài)滾動(dòng)工況下的接地性能分析,并對(duì)穩(wěn)態(tài)滾動(dòng)工況下花紋溝閉合情況進(jìn)行了初步研究。由分析得出縱向花紋：這種型式花紋適合在比較清潔，良好的硬路面上行駛，轎車、小型貨車等選用這種輪胎花紋。橫向花紋：這種型式花紋適合于在一般硬路面上、牽引力比較大的中型和重型貨車使用?？v橫混合花紋：這種型式花紋的輪胎適應(yīng)能力強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣

4、泛，它既適用于不同的硬路面，也適宜安裝于轎車和貨車。-26-一、問(wèn)題的提出各種輪胎被廣泛的使用在各種陸地交通工具中，但在使用的過(guò)程中會(huì)有各種各樣的影響因素，根據(jù)汽車性能的需要和環(huán)境的需要，輪胎表面會(huì)加工出不同的花紋，所以必須找出一種關(guān)系并建立一種模型，根據(jù)交通工具性能的需要和環(huán)境的需要在現(xiàn)在的千千萬(wàn)萬(wàn)的輪胎中確定最適使用的范圍二、問(wèn)題的分析由題意知到這次的目的是建立一種模型，解決輪胎的最佳使用范圍，既要考慮交通工具自生的性能又要考慮其使用的環(huán)境。首先我們要知道到底有些什么樣的花紋，它們的區(qū)別在哪里。因此我們

5、用輪胎的三維建模研究輪胎材料、胎面花紋的原理、接觸條件及荷載情況。此外我們要知道路面的各種環(huán)境的區(qū)別，再用有限元分析方法分析其受力問(wèn)題，并總結(jié)出花紋樣式和溝槽深度對(duì)交通工具性能的影響和環(huán)境對(duì)輪胎的影響。最后，通過(guò)所建立的模型計(jì)算總結(jié)出交通工具最適應(yīng)的范圍。三、模型假設(shè)圖1假設(shè)各個(gè)汽車的大小，樣式完全相同例如：汽車的外型尺寸和汽車的軸距、前輪距/后輪距（如圖1）、最小離地間距、風(fēng)阻系數(shù)、最小轉(zhuǎn)彎直徑、空車質(zhì)量、允許總質(zhì)量、行李箱容積等等。我們對(duì)汽車輪胎花紋的不同樣式進(jìn)行研究，討論出不同花紋樣式對(duì)汽車性能的影響

6、。在上一個(gè)問(wèn)題的研究下，我們進(jìn)一步研究相同花紋樣式下，花紋的紋深度對(duì)汽車性能的影響，由于花紋愈深，則花紋塊接地彈性變形量愈大，由輪胎彈性遲滯損失形成的滾動(dòng)阻力也將隨之增加。較深的花紋不利于輪胎散熱，使胎溫上升加快，花紋根部因受力嚴(yán)重而易撕裂、脫落等?；y過(guò)淺會(huì)影響其貯水、排水能力，容易產(chǎn)生有害的“滑水現(xiàn)象”-26-，而且使光胎面輪胎易打滑的弊端呈現(xiàn)出來(lái)，從而使汽車性能變壞。因此，我們根據(jù)我國(guó)制定的法規(guī)來(lái)判斷和預(yù)測(cè)輪胎的花紋深度。由于花紋的樣式繁多，我們就以縱向花紋為例，對(duì)它進(jìn)行三維建模分析，假設(shè)點(diǎn),,…是導(dǎo)

7、動(dòng)線的控制點(diǎn),輪胎是一個(gè)回轉(zhuǎn)體,分析截面形狀可知,胎冠處曲線是由若干段圓弧組成，曲折花紋數(shù)學(xué)模型需要的參數(shù)和變量由,y.z,a,b,c來(lái)表示。只要再繪制出合適的截面,即可通過(guò)掃描的方法得到三維實(shí)體花紋。最后與無(wú)花紋三維輪胎實(shí)體進(jìn)行減運(yùn)算,就可得到完整的輪胎三維實(shí)體造型。就縱向花紋之后，我們都對(duì)輪胎花紋有了大致認(rèn)識(shí)，因此要分析好花紋的影響，我們對(duì)整個(gè)輪胎進(jìn)行了三維建模，我們借助李兵提出的組合周向保角映射建模法和組合類保角映射簇建模法理論（是近期花紋輪胎建模技術(shù)的重要進(jìn)展）[3]。本文根據(jù)組合類保角映射簇建模法

8、的基本原理,利用12.00R20型輪胎子午面內(nèi)二維胎面的外輪廓曲線為圓弧的特點(diǎn),對(duì)組合類保角映射簇建模法進(jìn)行了簡(jiǎn)化,使之成為合二次周向保角映射,實(shí)現(xiàn)了從曲面到平面的轉(zhuǎn)換。然后利用組合二次周向保角映射建模法建立一節(jié)花紋模型,由輪胎主體的軸對(duì)稱模型繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度生成一節(jié)主體模型、材料選擇及網(wǎng)格劃分、接觸條件、載荷工況等等進(jìn)行分析。有限元法是一種基于能量原理的數(shù)值計(jì)算方法，因此，我們進(jìn)行輪胎的分析過(guò)程中我們采用有