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。

仿驯鹿足底形貌胎面单元对轮胎防滑性能影响分析

轮胎胎面单元形貌结构对冬季轮胎防滑性能提升至关重要。为提高轮胎防滑性能,基于驯鹿足部特征,运用工程仿生技术,设计了有棱纹和无棱纹仿生防滑胎面单元。采用冰面附着试验和有限元数值模拟,与同尺寸常规人字形胎面单元比较,对仿生防滑胎面单元的防滑性能进行了分析。在试验低压状态下(压强≤0.02MPa)通过冰面与3种胎面单元的附着试验,结果表明在相同的速度、温度和压力条件下无棱纹仿生胎面单元摩擦系数最高,是人字形胎面单元的1.04～1.26倍。通过有限元数值分析,在低压0.02 MPa作用下,有棱纹仿生胎面单元、无棱纹仿生胎面单元和人字形胎面单元下的冰表面温度相对于初始温度分别升高了0.21、0.66和0.54℃,无棱纹仿生胎面单元温度升高最大,表明在低压条件下,无棱纹仿生胎面单元防滑性能最好。在高压状态(压强=2 MPa),有限元分析发现有棱纹仿生胎面单元、无棱纹仿生胎面单元和人字形胎面单元下的冰表面温度相对于初始温度分别升高了7.76、4.07和3.39℃,有棱纹仿生胎面单元升高温度最大,表明在高压状态下,有棱纹仿生胎面单元防滑性能最好。无棱纹仿生胎面单元和有棱纹仿生胎面单元分别在低压和高压状态下具有优良的防滑特性。该研究可为轮胎胎面单元的冰面防滑设计提供参考。