基于ABAQUS的积水路面轮胎滑水性能研究

随着道路交通网络的不断发展,行车安全已经成为当今社会关注的焦点之一。特别是在恶劣天气条件下,如:雨天,车辆在积水路面上高速行驶时,由于动水升力的存在,很容易出现“滑水”现象,从而导致事故的发生。文章深入分析了轮胎在积水路面上的滑水性能,以提高车辆的行驶稳定性和安全性。首先,使用ABAQUS建立205/55R16子午线轮胎有限元模型,并且对其进行了静力学分析。接着,基于流固耦合方法,构建了一个包含轮胎、水层和路面的复杂耦合模型。在这个模型中,考虑了轮胎充气压力、水层厚度、轮胎垂向负载以及胎面磨损4个关键因素。有限元模拟分析结果表明,轮胎充气压力和垂向载荷的增大都会导致车辆在积水道路上的极限滑水速度增大;相反,胎面磨损和水层厚度的增大,则会导致车辆在积水道路上的极限滑水速度减小。其中,充气压力对滑水性能影响较大,相同条件下,车辆的极限滑水速度从1.7 bar下的72.43 km/h上升到了2.9 bar下的102.23 km/h。所以,雨天适当增大轮胎充气压力更有利于车辆行驶安全。

轮胎滑水与抗湿滑性能的关联及其影响因素研究

为研究轮胎滑水与抗湿滑性能的关联及其影响因素,设计了3种试验方案:对比标准新轮胎和磨损轮胎在水膜厚度1和8 mm的路面上在不同车速区间制动性能的变化,对比不同胎面硬度轮胎在10~30℃下的滑水性能,分析车辆在牵引力控制系统(TCS)打开/关闭状况下滑移率随试验车速的变化。结果表明:当试验车速大于轮胎滑水车速时,轮胎抗湿滑性能较差,受水漂影响严重;当试验车速小于轮胎滑水车速时,轮胎抗湿滑性能较好;随着胎面硬度的增大,轮胎滑水车速呈近似线性增大;在车辆TCS打开状况下,轮胎滑移率可控制在较低数值区间,不会发生完全水漂现象。

基于SPH方法的飞机轮胎滑水仿真分析计算

轮胎滑水会导致轮胎与地面之间的摩擦力急剧减小,增加飞机起降距离,进而影响飞行安全,因而需要开展关于飞机轮胎滑水的研究。针对飞机轮胎滑水问题,采用FEM方法建立简化轮胎模型并通过实验进行模型验证,采用SPH方法建立积水模型,进而建立轮胎—积水—道面相互作用的轮胎滑水模型,分析不同影响因素和不同台面构型对轮胎滑水的影响。结果表明:水深越大,轮胎越容易发生滑水,但水深大于6 mm之后,水深对轮胎滑水的影响较小;轮胎速度、胎压、轮载越大,越容易发生滑水;沟槽宽度增加,轮胎滑水速度提高,但稳定性会降低;轮胎磨损越严重,越容易发生滑水;沟槽数量越多,临界滑水速度越大。

基于CFD的轮胎滑水及其性能影响因素分析

轮胎滑水性能对车辆安全性和操控性具有决定性影响,而花纹结构设计参数直接影响着轮胎接地区水流运动进而对轮胎滑水性能也会产生直接影响。但由于滚动轮胎的滑水性能测试条件极为苛刻,且很难捕获到滑水现象发生时水流运动流场特性。为明晰滑水现象发生时的流场特性及花纹结构设计参数对滑水性能的影响,基于计算流体动力学的方法,建立考虑轮胎接地印痕及花纹变形特征的滑水分析模型,掌握了水膜升力、自由液面及沟槽内水流速度等流场分布特征,分析了水膜厚度、水流速度、纵向花纹及横花纹结构设计对滑水性能的影响。结果表明:在水膜厚度较小时,路面水流可顺畅进入接地区花纹沟并被及时排出;水流速度的变化对胎面动水压力有显著影响;纵向花纹沟深度对滑水性能影响显著;改变横向花纹沟水流运动方向、降低胎面动水压力可提升滑水性能。

轮胎滑水机理在钢带式高速轮胎试验台上的应用

将轮胎的动力滑水的机理应用在钢带式高速轮胎试验台,来实现试验台轮胎台架的水润滑止推平面轴承(简称水轴承)在高速滑移时的润滑。建立了包含Reynolds方程、膜厚方程、变形方程的线接触弹流方程,通过数值迭代计算的方法,仿真出轮胎接触的钢带与纯净水流固耦合的水膜厚度、压力分布曲线,并仿真出一定膜厚下完全滑水的临界车速与胎压的曲线。在临界速度以下,通过水轴承静压来实现水膜的形成。结果表明,与NASA轮胎滑水的速度压力曲线相比,高速轮胎试验台成功地在更低的速度下实现完全水滑。

基于Ls-dyna的轮胎滑水特性研究

简要介绍了轮胎滑水现象发生的原理,建立了基于Ls-dyna软件能够进行滑水评价的轮胎有限元模型和水膜模型。通过仿真计算,模拟了轮胎滑水产生的全过程并分析了滑水现象产生的原因,对比了只带纵向花纹的轮胎与带横、纵混合花纹的轮胎滑水临界速度。对轮胎滑水产生过程进行了仿真分析,分析结果表明,带有横、纵花纹的轮胎滑水性能明显优于只带纵向花纹的轮胎。

基于轮胎滑水模型的轮胎-沥青路面附着特性影响因素分析

为研究轮胎与沥青路面之间的附着特性,基于耦合欧拉-拉格朗日法(CEL法)建立充气花纹轮胎滑水有限元模型,验证了滑水模型适用性,计算出AC,SMA及OGFC三种沥青路面附着系数曲线.基于轮胎-路面附着特性理论,分析了制动防抱死系统(ABS)状态和潮湿条件下轮胎-路面附着特性影响因素.研究发现:胎路附着特性与轮胎运动状态有关,随滑移率增大轮胎受到的纵向附着系数先上升后下降,滑移率为15%左右时附着系数达到最大;在水膜厚度较小、轮胎压力较高时增大表面宏观纹理可提高路面抗滑性;平均断面深度(MPD)一定时,干燥路面较潮湿状态体现出更高的附着性能;相同水膜厚度时,附着系数随车速增加而不断减小,OGFC路面比AC路面和SMA路面具有更好的抗滑性能.

轮胎滑水的影响因素研究

轮胎滑水是一种特殊环境下发生的现象,并且在这种特殊环境下发生的事故大多是由滑水造成的,轮胎滑水的研究对保障驾驶员生命和财产安全有十分重要的意义,文章对国内外轮胎滑水的影响因素进行介绍、总结,发现研究方法所存在的局限性,针对局限性提出建设性意见。

湿滑路面汽车轮胎滑水性能影响因素仿真

为了研究湿滑路面上汽车轮胎滑水性能影响机理,基于有限元软件ABAQUS,分别建立了轮胎模型和轮胎滑水模型,对滑水模型进行试验验证和静态分析。基于轮胎运动边界方程和水流控制方程,对轮胎滑水性能的影响因素进行仿真分析。仿真结果表明:轮胎临界滑水速度随着轮胎气压、负载和花纹沟槽深度的增大而增加;随着路面水膜厚度增加,轮胎临界滑水速度减小。探究各种因素对轮胎滑水性能的影响,为轮胎的开发和设计提供参考。

基于弹流润滑的轮胎滑水性能研究

为了探索湿滑路面上影响轮胎滑水的相关因素,基于弹流润滑理论,运用多重网格法求解轮胎滑水模型的雷诺方程和水膜厚度方程,通过FORTRAN软件得到车速和载荷分别对水膜厚度和流体压力的影响。结果表明:湿滑路面速度增加时,水膜厚度增厚,动水压力变小,轮胎下的液体不易排出,轮胎的滑水性能增强,抗滑水性能减弱;载荷增加时,水膜厚度变薄,动水压力变大,轮胎下的液体容易流出,轮胎的抗滑水性能增强。得出的结果符合弹流润滑特性理论,完善了轮胎滑水的理论模型,为轮胎改良设计提供参考。

基于流固耦合的轮胎花纹滑水性能研究

以205/55 R16型号轮胎为研究对象,基于Abaqus CEL流固耦合方法构建轮胎滑水有限元模型。将模拟得到的轮胎垂直刚度与实验数据进行对比,验证轮胎模型可靠性的前提下,优化欧拉域,更好地捕捉并分析轮胎滑水时水流印迹特征。结合NASA经验公式评估模拟得到的临界滑水速度,验证轮胎滑水模型可靠性,分析不同充气压力和水膜厚度对轮胎临界滑水速度的影响。通过引入V型横向花纹和增加F1 Nose结构优化轮胎花纹结构,验证花纹沟槽子模型优化合理性,对比优化前、后轮胎临界滑水速度和水流压力。结果表明:此优化方法能有效提高轮胎的滑水性能。

基于飞机滑水安全的沥青道面积水评价指标

沥青道面积水深度受横坡与轮辙变形共同影响分布复杂,是诱发飞机轮胎滑水事故的重要条件。当前,仅针对飞机起降运行给出污染跑道积水厚度范围,积水评价方式与实际运行环境脱节。基于轮辙横断面变形特征分析,提出一种考察飞机轮载横向累积作用概率分布的当量水膜厚度(EWT)指标。根据道面不同区域积水条件,分段建立轮胎滑水仿真分析模型,探讨滑水行为差异及轮辙积水影响机理,验证EWT的合理性与适用范围。结果表明:轮辙内部积水引起局部水膜增厚,当飞机滑行经过时,积水侵入轮胎底部,轮胎前缘轮廓模糊且接地面积降低;当前分段临界滑水速度减小,降幅与轮载累积作用概率正相关;轮辙变形导致轮胎“最不利”滑行位置自跑道边缘向中心线内移;EWT对应表征安全接地宽度更大,覆盖轮载累积作用概率约为平均水膜厚度(AWT)的2倍,滑水风险指标仅为AWT的36%~81%。所提评价指标克服了最大水膜厚度(MWT)取值过于严格的缺陷,更适用于机场管理实践,可为起降条件保障和滑水风险分级提供量化参照。

飞机轮组滑水行为与道面积水附加阻力

针对飞机在不同滑行状态与道面积水条件下的轮组滑水行为特征差异问题,开展道面积水附加阻力研究,改进基于道面对轮胎竖向支撑力指标的临界滑水状态判定条件。以空客A320机型主起落架为研究对象,建立双轮轮组-积水道面流固耦合滑水分析模型,对道面积水附加阻力影响因素进行规律分析。结果表明:积水附加阻力在轮胎临界滑水状态达到最大,所得临界滑水速度与NASA公式计算结果相差小于5%,且在滑水过后持续影响滑行状态,较道面支撑力更适合作为滑水分析指标;飞机着陆时轮胎高速接地可发生瞬时滑水,同等参数条件下道面积水阻力始终低于起飞过程,着陆阶段临界滑水速度较起飞阶段低8.3%~10.6%,着陆阶段飞机滑水风险更高,符合事故统计规律;轮辙变形改变道面积水条件并引起轮组内部滑水过程时空差异;仅对平整道面理想积水情况,道面积水阻力轮组系数可近似按轮胎数量计算,有轮辙道面条件下双轮轮组系数中位数低于2.0,造成着陆减速滑行过程延长。

积水路面轮胎部分滑水数值模拟

为揭示部分滑水状态下轮胎路面作用机理,采用有限元数值模拟方法,分别建立了175-70-R15型轮胎模型和水-空气复合水膜模型,并基于耦合欧拉-拉格朗日法建立了三维充气花纹轮胎滑水数值模型.探讨了水膜厚度和轮胎速度对汽车轮胎受力状态的影响,分析了轮胎所处运动状态对部分滑水过程的影响.计算结果表明:随着水膜厚度的增加,水流竖向托举力增加,纵向附着力减小,轮胎更早地进入完全滑水状态;随着轮胎行驶速度的增加,水流纵向拖拽力大幅增加,同时随着水膜的增厚,这种增加趋势更加明显;回归得到了轮胎受到的水流竖向托举力与水膜厚度和行驶速度的关系式;相比于自由滚动,轮胎处于ABS状态时,更早进入完全滑水状态.

沥青混凝土路面轮胎临界滑水速度数值模拟

为了揭示沥青混凝土路面轮胎滑水力学机理、评估各项因素对临界滑水速度的影响,运用数值模拟方法,建立了沥青路面模型和花纹充气轮胎模型,并利用欧拉-拉格朗日耦合算法建立了轮胎滑水模型.对滑水模型的适用性与精确性进行了验证,模拟计算出轮胎路面竖向接触力变化曲线以及临界滑水速度,并对轮胎花纹、轮胎充气压力、水膜厚度和路面类型的影响进行了评估.结果表明:增加轮胎花纹复杂度可增大轮胎行驶振动强度,减少水膜对轮胎的托举作用;提升轮胎充气压力和减小水膜厚度可以有效提高轮胎路面竖向接触力和临界滑水速度;OGFC路面在防止滑水现象发生方面显著优于AC路面和SMA路面,MPD值可用于评估有水路面的滑水性能.

旁支管对轮胎噪声和抗滑水性能影响的仿真分析

从流体角度设计了一种带有旁支管的纵向花纹来解决轮胎花纹噪声和抗滑水性能这一矛盾体。分别建立了轮胎花纹声学模型和抗滑水模型,数值模拟探究旁支管结构对纵向花纹轮胎噪声和抗滑水性能的影响。首先研究了旁支管结构对轮胎花纹噪声的影响。其次,基于VOF模型研究旁支管结构对轮胎动水升力的影响。研究结果表明旁支管的存在能够降低轮胎纵向花纹气柱共鸣噪声和远场噪声;降低水流动水升力来提高轮胎抗滑水性能;在旁支管共振腔容积一定时,连接主花纹沟的管道宽度直接影响着旁支管对轮胎噪声和抗滑水性能影响;增加接地区域共振腔数目有利于提高轮胎抗滑水性能。

3-D轮胎模型滑水仿真分析

建立了基于Ls-dyna软件进行水滑评价的3-D轮胎有限元模型。通过仿真计算,模拟了楔形水膜逐渐被挤入轮胎花纹沟槽并沿花纹沟槽排出时的情形,得出了轮胎在干、湿路面上运行时轮胎与地面接触力与轮速之间的关系曲线,验证了水膜厚度与临界滑水速度的关系。研究结果对轮胎的设计和改进具有一定的指导意义。

轮胎花纹凹坑非光滑表面对抗滑水性能的影响分析

以205/55R16轿车轮胎为研究对象,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamic,CFD)的方法对轮胎抗滑水性能进行数值模拟,通过将滑水速度仿真值与滑水经验公式计算值进行对比,验证了滑水分析方法的有效性。为提升轮胎的抗滑水性能,借鉴仿生非光滑减阻理论,在花纹沟槽两侧壁布置矩形排布的凹坑非光滑结构,采用响应面分析方法对凹坑的顶部圆直径、凹坑深度、顺流向凹坑间距和展向凹坑间距4个参数进行寻优,并从流场变化角度揭示了凹坑结构减阻机理。在此基础上,将减阻最优的凹坑结构引入到整胎滑水分析模型中,通过与光滑壁面花纹轮胎抗滑水性能的对比发现,凹坑非光滑表面花纹轮胎可通过降低胎面动水压力实现轮胎抗滑水性能的提升。

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。

轮胎滚动水滑特性的流固耦合分析

借助ABAQUS软件,以P205/55R16子午线轮胎为例,完成了从隐式分析向显式分析的结果传递,实现了轮胎水滑仿真。结果表明,根据对水流浮力和行驶速度关系的比较,验证了所建立轮胎水滑的流固耦合模型的可靠性;楔形水膜的水压相较于周边偏高,行驶速度越快,楔形水膜处水压越大,越易发生水滑现象;楔形水膜上下流层流速不均,下层水流流速较慢,是水滑的主要诱因;临界水滑速度随着水膜厚度的增加而降低。