Influence of Bionic Non-smooth Surface on Water Flow in Antiskid Tire Tread Pattern

Inspired by the idea that bionic non-smooth surfaces(BNSS)can reduce water flow resistance,the application of BNSS resistance reduction method in grooves surface of antiskid tire tread pattern has been investigated for increasing hydroplaning velocity of tire by using computational fluid dynamics(CFD)simulation.Three kinds of BNSS(riblet,convex dome,and dimple concave)are arranged in tire tread grooves to study the water flow resistance effects in grooves with non-smooth characteristics.A tire-water coupled model is established and CFD technique is applied to simulating hydroplaning.The simulation results show that BNSS grooves can reduce water flow resistance and increase mean flow rate by disturbing the eddy movement in boundary layers.The drag forces of riblet and dimple surface are lower and drainage capacity is higher than those of smooth surface under the same void space on tread pattern,but it is not in dome.BNSS is a good way to promote antiskid performance without increasing additional groove space;extra tire-road noise production is therefore avoided due to groove space enlargement.

沙漠用仿驼蹄橡胶轮胎的设计与试验研究

研制沙漠轮胎是开发沙漠车辆的关键技术之一。根据仿生学原理，建立仿驼蹄轮胎原理模型并首次研制了仿驼蹄轮胎橡胶模型。进行仿驼蹄橡胶轮胎的参数设计，并在室内沙槽模拟台对仿驼蹄轮胎橡胶模型进行了试验研究。研究结果表明，仿驼蹄轮胎橡胶模型具有较高的沙地通过性。

沙漠仿生轮胎与普通轮胎牵引性能的对比试验

沙漠仿生轮胎是根据仿生学原理设计和研制的模拟骆驼蹄与沙地作用方式的一种新型轮胎。根据轮胎牵引性能指标,在车辆行走机构-沙地试验台上对沙漠仿生轮胎和普通轮胎的牵引性能进行了对比试验。研究结果表明,沙漠仿生轮胎比普通轮胎具有更好的牵引性能和沙漠通过性能。

驼蹄仿生轮胎对整车牵引性能影响的相似模拟研究

与普通轮胎相比 ,驼蹄仿生轮胎具有较好的牵引性能。为考察装备驼蹄仿生轮胎的整车牵引性能 ,在车辆行走机构沙地试验台上对驼蹄仿生轮胎进行了重复通过牵引性能试验 ,研究了驼蹄仿生轮胎的载荷、气压、滑转率和侧缘对其牵引系数和牵引效率的影响。根据相似理论 ,对装备驼蹄仿生轮胎的整车牵引性能进行了模型和原型相似分析。研究表明 ,一定工况下整车的牵引性能可用单个驼蹄仿生轮胎的重复通过性能来预测。

沙漠仿生轮胎的静态特性和动态特性研究

运用试验和理论分析方法,对沙漠仿生轮胎的静态特性和动态特性进行了研究。建立了沙漠仿生轮胎接地变形、接地长度、接地宽度、接地面积、静刚度、动刚度和阻尼特性的预测公式。研究结果表明,所建立的预测公式能够反映沙漠仿生轮胎的静态特性和动态特性。

仿章鱼吸盘式轮胎花纹设计与有限元分析

针对传统防滑链的固有缺陷,由章鱼吸盘受启发,运用仿生学原理和真空吸附原理,结合冰面防滑实际,初步构建了基于矩形布局规律的以圆锥型吸盘为仿生单元体的仿生随机轮胎布局模型,并运用Pro/E软件设计出仿生轮胎三维实体模型。最后,利用ANSYS软件对仿生轮胎实体模型进行有限元分析与仿真,从微观角度对吸盘式花纹进行了力学分析及有效吸附性能验证。仿真结果表明,吸盘式花纹的结构设计比较合理,抗拉、压等性能明显得到提高,且可以与冰面发生有效吸附,能确保轮胎的吸附防滑性能。

提升轮胎抗滑水性能的仿生方法

提高花纹沟排水能力是提升轮胎抗滑水性能的主要途径之一,借鉴仿生学理念,将凹坑形仿生非光滑结构引入花纹沟,探索研究通过降低花纹沟流体阻力提高花纹沟排水能力的仿生方法。以轮胎接地区单个花纹沟作为研究对象,在沟底布置凹坑形仿生非光滑结构,运用计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)和正交试验设计相结合的方法,研究凹坑形仿生非光滑结构对壁面减阻率的影响规律,确定最优参数组合;为进一步提升凹坑形仿生非光滑结构的减阻率,提出一种水滴形凹坑仿生结构,并对其减阻特性进行分析,得出其减阻效果优于圆形凹坑结构;将最优的水滴形凹坑仿生结构布置于花纹沟底部,分析其抗滑水性能。结果表明,水滴形凹坑仿生结构能够减小水流阻力,提高轮胎花纹沟排水量,降低轮胎在水膜上行驶时所受到的胎面动水压力,提升轮胎的抗滑水性能。

基于ADAMS的仿章鱼吸盘式轮胎防滑性能仿真分析

以章鱼吸盘作为仿生对象,进行吸盘式防滑轮胎花纹设计。根据仿章鱼吸盘式轮胎的实体模型及具体参数,采用ADAMS/View模块对轮胎的驱动防滑性能和制动防滑性能进行仿真分析。结果表明,仿生设计可以增大轮胎冰面上的附着力,提供较大的安全驱动转矩,同时能缩短轮胎冰面上的制动距离,具有一定的防滑效果,为今后仿生轮胎的研究和优化设计提供了正确方法和参考数据。

仿蝗虫脚掌的子午线轮胎胎冠结构设计

扁平化是载重子午线轮胎的一个发展趋势,然而由于低断面轮胎胎面较宽,轮胎接地过程中胎冠变形难以控制导致轮胎接地压力分布不均匀,从而影响轮胎的磨损性能和抓地性能。蝗虫脚掌特殊的结构形式,有利于降低接触刚度、增加接触面积,并在接触过程中产生使其脚掌稳定的附着摩擦力。基于蝗虫脚掌表面的几何形态和蝗虫脚掌屈肌腱的功能特性,提出一种子午线轮胎胎面弧及带束层的仿生结构,并利用非线性有限元法对其进行静态加载以及滚动接地分析。研究结果表明,仿蝗虫脚掌的胎冠结构通过控制轮胎胎冠变形改善了胎冠的接触刚度分布,降低了轮胎胎肩应力集中,提升了轮胎接地压力均匀性,提高了轮胎的耐磨性能;制动过程中的接地面积增大,有利于制动时轮胎的稳定附着。

仿驼足车辆行走机构的设计与试验

研制高通过性的沙漠车辆行走机构，是解决沙漠地区交通运输问题的关键，对加快沙漠资源的开发和利用具有重要的意义。对驼足结构、驼足与沙地独特作用方式进行了分析。根据仿生原理，首次提出了两种新型车辆行走机构：仿驼步行足和仿驼足轮胎的设计原理。研制了仿驼步行足和仿驼足橡胶轮胎，并进行了牵引性能试验。结果表明，２种车辆行走机构牵引性能良好，从而为研制和开发步行车辆和沙漠车辆奠定了基础。

轮胎技术的发展趋势(上)

随着汽车的高性能化和高速化,要求轮胎具有良好的路面抓着性、操纵稳定性和乘坐舒适性,而且要求轮胎式样新颖,因此轮胎新技术的发展迅速。本文对轮胎新技术的应用和优越性作了简要介绍。

安全轮胎的发展前景

目前,由轮胎漏气爆胎而导致的恶性交通事故屡见不鲜,为克服充气轮胎在行驶过程中因突然跑气而导致的交通事故,世界各大轮胎公司都加快了研制安全轮胎的步伐,汽车用户也在寻求安全轮胎的保护,本文主要介绍了安全轮胎的应用及其发展前景。

仿猫爪掌垫子午线轮胎胎冠设计

为缓解轮胎抓地与磨损性能间的固有矛盾,以某205/55R16乘用车子午线轮胎为研究对象,对轮胎胎冠进行仿生设计。采用WALKWAY压力测试系统获取猫前爪动态接地特性,并配合3D激光扫描仪进行逆向拓扑。对猫爪掌垫横截面点云进行多项式拟合并采用相似原理对胎冠进行仿生设计。利用ABAQUS建立模型,对比仿生胎与样胎静载、制动、侧偏工况下接地面积与压力分布。结果表明:仿生轮胎设计可有效增大接地面积,降低峰值接地压力,改善轮胎偏磨损现象,实现轮胎抓地与磨损性能协同提升。

仿章鱼吸盘式防滑轮胎仿生学生物信息分析与设计

仿生学应用于汽车设计领域已成为改善汽车性能的重要设计手段，近年来，关于仿生轮胎方面的研究成为热点课题。以章鱼吸盘作为仿生研究对象，从形态参数、腕部特征和吸盘特征等方面详细进行了章鱼生物结构分析，并归纳分析了章鱼吸盘的吸附机理。综合上述分析，提取了章鱼吸盘仿生学生物信息，并对仿章鱼吸盘式防滑轮胎进行了初步设计，具有较好的理论参考价值。

家猫爪垫减振机理及其在轮胎花纹中的仿生应用研究

猫科动物运动时表现出极强的减振特性,爪垫作为与地面接触的唯一躯体部分是影响减振效果的关键因素。通过对家猫爪垫的组织学和接地力学试验研究表明,爪垫的减振机理主要体现在:爪垫组织结构呈现的多层特征有助于衰减接地应力;正常行走步态下爪垫力学特性表征出的爪垫-地接触中存在摆动变形的运动特征有利于缓冲储能的发挥。利用家猫爪垫的减振机理对PCR轮胎中间区域胎面的花纹沟壁结构进行仿生设计,采用仿蜂巢六边形凹坑非对称布局的花纹结构设计来实现家猫爪垫减振机理的仿生学应用。通过有限元仿真分析发现,当轮胎滚动时,所设计的仿生胎面花纹有效降低了轮胎接地压力偏度值和胎面-路面间径向激励力,改善了轮胎胎面磨损和振动噪声特性。

轮胎技术的发展趋势(下)

随着汽车的高性能化和高速化,要求轮胎具有良好的路面抓着性、操纵稳定性和乘坐舒适性,而且要求轮胎式样新颖,因此轮胎新技术的发展迅速。本文对轮胎新技术的应用和优越性作了简要介绍。

仿生非光滑沟槽轮胎抗滑水性能研究

基于仿生非光滑减阻理念,选择鲨鱼皮表面鳞盾沟槽作为研究对象,将仿生非光滑结构应用于复杂轮胎花纹沟底,在不改变轮胎其他性能的前提下提高轮胎抗滑水性能。以185/60 R15轮胎为例,运用计算流体力学方法,分析了3种仿生非光滑沟槽在不同水流速度下的减阻及抗滑水性能,进一步研究其减阻机理,并将优选结构应用到轮胎花纹沟底部。结果表明:仿生非光滑沟槽主要通过影响流体边界层结构实现减阻;与原胎相比,仿生胎可有效降低轮胎表面动水压力,提高轮胎滑水速度,保障车辆在湿滑路面的行驶安全性。

摩托车仿生花纹沙地轮胎硫化温度场分析

采用ANSYS Workbench软件研究摩托车仿生花纹(以驼形花纹为例)沙地轮胎(简称驼形花纹轮胎)硫化温度场,并与普通花纹(长条形花纹和宽段形花纹)沙地轮胎进行对比分析。结果表明:3种花纹轮胎模具温模时间和温模后型腔温度基本相同,驼形花纹轮胎模具型腔温度差最小,温度差减小速度最快,传热最均匀;硫化900 s时,驼形花纹轮胎传热均匀性最好,可以保证一定的硫化均匀性;硫化1200 s时,驼形花纹轮胎各部位温度明显提升,上下胎肩温度差绝对值减小,传热均匀性更好;硫化1500 s时,3种花纹轮胎硫化效果相当,驼形花纹轮胎上下胎肩温度差绝对值进一步减小,传热均匀性进一步提升。

仿猫爪趾枕摩托车轮胎胎冠设计

二轮摩托车轮胎接地面积很小,其接地性能直接影响车辆的动力性、制动性以及操纵稳定性。针对这一问题,对摩托车轮胎胎冠进行了仿生设计。利用WALKWAY压力分布测试系统和3D激光扫描仪对猫爪的动态接地特性及拓扑进行研究,发现猫前爪第三趾枕具有优异的抓地性能。基于第三趾枕横截面拟合曲线采用相似原理对轮胎胎冠进行了仿生设计。利用ABAQUS对轮胎进行静载、驱动、制动及转向接地状态仿真分析。结果表明:不同工况下,仿生轮胎胎冠接地面积增大,接地压力分布均匀性提高,轮胎的抓地及耐磨性能都得到提升。仿生轮胎提高了摩托车的动力性、制动性以及操纵稳定性。

基于拓扑优化与仿生理念的免充气轮胎

为避免传统设计中惯性思维的影响,本研究以最大刚度为目标,使用变密度理论中的SIMP法,对三维轮胎模型进行拓扑优化,以牙齿、牙床结构为灵感,基于拓扑优化结构,获得了一种性能最佳的免充气轮胎。该免充气轮胎在静负荷接地工况下其支撑柱向轮胎外侧变形,这与充气轮胎的变形模式相似。将免充气轮胎与同尺寸11.00R20充气轮胎进行性能比对分析,结果表明,二者承载能力相同,行驶过程中的缓冲减震能力相似,且免充气轮胎的接地压力分布更加均匀,无应力集中现象。基于拓扑优化与仿生理念设计的免充气轮胎可满足同尺寸充气轮胎的性能要求。