Numerical simulation of tire/soil interaction using a verified 3D finite element model

The compaction and stress generation on terrain were always investigated based on empirical approaches or testing methods for tire/soil interaction.However,the analysis should be performed for various tires and at different soil strengths.With the increasing capacity of numerical computers and simulation software,finite element modeling of tire/terrain interaction seems a good approach for predicting the effect of change on the parameters.In this work,an elaborated 3D model fully complianning with the geometry of radial tire 115/60R13 was established,using commercial code Solidwork Simulation.The hyper-elastic and incompressible rubber as tire main material was analyzed by Moony-Rivlin model.The Drucker-Prager yield criterion was used to model the soil compaction.Results show that the model realistically predicts the laboratory tests outputs of the modeled tire on the soft soil.

胎压载荷耦合效应下复合工况UniTire轮胎模型

胎压的变化会显著地影响轮胎力学特性,进而影响车辆的操纵稳定性,而当前关于胎压对复合工况轮胎力学特性影响的研究还较为匮乏。为描述不同胎压下的复合工况轮胎力学特性,建立考虑胎压影响的UniTire复合工况轮胎模型。通过试验观察和理论模型分析相结合的方法,揭示胎压和载荷耦合效应对轮胎侧纵向滑移刚度等关键力学特性的影响规律及其机理。进一步通过分析胎压载荷耦合影响下复合工况轮胎接地印迹内总切力方向的变化规律,完善总切力方向因子表达式,建立考虑胎压载荷耦合影响的复合工况轮胎模型。利用轮胎试验数据对模型进行广泛验证,结果表明所建立的UniTire复合工况模型能精确地描述大范围胎压和载荷变化下的轮胎力学特性。

轮胎包络特性及冲击特性的影响因素研究

以215/55R17轮胎为研究对象,研究不同的充气压力与负荷对轮胎包络特性及冲击特性的影响。结果表明:在低速包络试验中,轮胎的径向力峰值随充气压力的增大而增大,随负荷的增大而减小,纵向力峰峰值随充气压力和负荷的增大而增大,但变化幅度不大;在冲击试验中,轮胎的径向力峰值与纵向力峰峰值随充气压力的增大而增大,径向力峰值随负荷的变化受到速度的影响但变化幅度较小,纵向力峰峰值随负荷的增大而增大。

硫化后充气压力和时间对航空轮胎性能的影响

选取27×7.7-15航空轮胎作为研究对象,研究硫化后充气压力和时间对航空轮胎性能的影响。分析胎体帘线张力与充气压力的关系以及帘线收缩率、收缩力与温度的关系,并通过热电偶测温法测量轮胎硫化后充气过程中温度随时间的变化情况,确定轮胎最小硫化后充气压力设为200 kPa,可以保证轮胎在胎体温度为160~170℃时出模胎体帘线不产生热收缩;硫化后充气时间设为1个硫化周期,可以保证轮胎冷却至环境温度。成品轮胎充气外缘尺寸及动态模拟试验验证了后充气压力和时间选取的合理性。

基于轮胎负荷和充气压力创建大数据系统

根据轮胎负荷匹配相应的充气压力,使轮胎保持在低滚动阻力、低磨耗等最佳性能下使用,从而建立轮胎大数据系统。未来把轮胎大数据导入车辆智能控制系统中,通过车辆自动充放气系统,给轮胎匹配最佳的充气压力,可提高行车安全性、节油性,延长轮胎使用寿命,降低车辆运营成本等。

全钢载重子午线轮胎行驶工况对滚动阻力的影响分析

采用室内转鼓稳态工况进行12R22.5全钢载重子午线轮胎滚动阻力测试,研究卡车空载和满载两种工况下轮胎充气压力和速度对轮胎滚动阻力的影响。结果表明:轮胎的滚动阻力系数在低负荷下随速度增大而增大,在高负荷下随速度增大而减小;在相同负荷下,轮胎的充气压力越高,滚动阻力系数越小,滚动半径越大;在低负荷下,速度对滚动半径无明显影响,在高负荷下,速度越大,滚动半径越大。

轿车轮胎耐撞击性能试验影响因素研究

基于现行双胎法轮胎耐撞击性能标准试验方法,研究轿车轮胎摆锤法耐撞击性能试验影响因素。结果表明:轮胎个体的耐撞击性能测试结果存在一定的差异,鼓包破坏能平均差为62.9 J;轮胎不同位置及累积撞击造成的鼓包破坏能测试结果平均差为37.1 J;轮胎充气压力越大,耐撞击性能越好,但不同轮胎的耐撞击性能随充气压力变化的趋势不同;轮胎与摆锤的撞击外倾角越大,轮胎越容易鼓包;悬挂摆锤接触轮胎与接触轮辋的耐撞击性能测试结果没有显著差异,但摆锤中心对胎肩与对胎面中心测试结果差异显著。

半钢子午线轮胎的计算模态仿真研究

研究边界条件、充气压力和部件质量对半钢子午线轮胎各阶径向计算模态的影响。结果表明:轮胎-轮辋摩擦因数与轮胎各阶径向模态频率呈负相关,且阶次越高,变化程度越小;充气压力每增大50 kPa,轮胎各阶径向模态频率增大3%~11%,高阶模态受充气压力影响更大;各部件中胎面质量对轮胎各阶径向模态频率影响较大,其质量减小5%,轮胎各阶径向模态频率增大约0.8%,胎体质量影响其次,胎侧质量影响较小,胎圈质量无影响。

免充气轮胎结构的接地性能分析

采用ABAQUS软件建立繁花结构式免充气轮胎的三维有限元模型,研究阵列数为20、30、40的免充气轮胎的压力分布和刚度,分析其接地性能。结果表明:随着轮胎下沉量增加,轮胎出现不规则变形,轮胎受压区域中部的变形较大,导致轮胎两侧应力增大,阵列数较大的免充气轮胎在较大下沉量时接地连续,性能更好。辐条厚度对免充气轮胎径向刚度的影响更大,可以通过平衡辐条厚度和阵列数的方式获得不同特性而刚度一致的轮胎。

轮胎滚动阻力影响因素试验分析

为了提高汽车的燃油经济性,最大限度地降低汽车行驶过程中的滚动阻力,依托某公司STL滚动阻力试验机,选取不同规格的轮胎采用控制变量法进行速度、充气压力以及负荷对滚动阻力影响的试验。通过对试验数的分析表明,滚动阻力随汽车行驶速度的提高呈现先减小后增大的变化趋势,在整个速度范围内存在最佳行驶速度。随着充气压力的增加,滚动阻力逐渐减小,为提高整车的燃油经济性,可适当增大轮胎的充气压力。随着负荷的加大,滚动阻力呈现近似线性的增长趋势,但滚动阻力系数基本保持不变。因此,在获得同等精度的滚动阻力系数前提下,可以降低轮胎的试验负荷以达到节约试验成本的目的。

载荷和胎压对轮胎包容特性的影响

以弹性滚子接触模型为基础，通过不同载荷与不同胎压下的有效路形仿真，从理论上分析了轮胎载荷和胎压对轮胎包容特性的影响。

高胎压下机场环氧沥青道面结构动力响应分析

新一代飞机(B787和A350/380)轮胎充气压力普遍达到了1.5 MPa,这进一步加剧了重载高胎压对沥青道面结构响应的影响,而热固性环氧沥青混合料因其优异的力学性能成为重载高胎压条件下的理想选择.基于ABAQUS建立了考虑竖向接触应力不均匀分布的机场环氧沥青道面结构动力响应三维有限元模型,并利用现场足尺加速加载试验结果对模型进行了验证.在此基础上,就接触应力分布、轮胎充气压力大小、温度场分布和道面结构材料特性等因素对道面结构响应的影响进行了分析.结果表明:不均匀接触应力增大了道面结构响应量;重载高胎压条件下,从减少车辙和开裂的角度而言,环氧沥青铺装材料较沥清玛蹄脂混合料具有更好的适用性,但要注意防止中、下面层的塑性变形累积和环氧沥青层底的弯拉疲劳开裂.

人字形花纹轮胎压实土壤垂直应力分布规律研究

为了完善人字形花纹轮胎在影响因素下压实土壤形成的垂直应力分布规律,并且明确这些因素对于垂直应力的影响,该文使用应力传感器在自主设计并搭建的单轮土槽试验台架上,进行人字形花纹轮胎压实土壤表层垂直应力分布规律的研究,并利用多元线性回归法建立垂直应力和影响因素之间的预测方程,主要结果:1)当胎压为 69 kPa 时,土壤-轮胎表层垂直应力分布曲线相对平坦并且垂直应力峰值渐渐发生在距离轮胎边缘 1/4 处,而当胎压为 138 和 207 kPa时,垂直应力峰值发生在轮胎中心处;2)载荷对于垂直应力的影响最大,然后依次是胎压、行驶速度、纵向距离和横向距离;3)垂直应力与胎压和行驶速度成线性关系,与载荷、横向距离和纵向距离成抛物线关系;4)轮刺产生的垂直应力是胎面产生的垂直应力的 1.2~2.3 倍,而且越靠近轮胎宽度方向的边缘,轮刺的影响越大。研究结果能够对拖拉机的通过性分析提供有力的理论分析依据,基于建立的预测方程,在实际应用中通过改变这些影响因素值的大小,减小垂直应力,从而减小土壤压实。该研究可为拖拉机的通过性分析提供理论依据。

基于轮胎滑水与摩擦能量耗散的潮湿沥青路面车辆制动行为模拟（英文）

为了研究路表积水对车辆制动性能的影响,提出了一种模拟轮胎滑水和摩擦能量耗散的数值-解析方法.首先,使用耦合欧拉-拉格朗日法建立了包含充气花纹轮胎模型和纹理沥青路面模型的有限元轮胎滑水模型,并获取了不同速度条件下轮胎-路面接触面上摩擦力曲线.通过对车辆制动机理和摩擦能量耗散的分析,提出了基于三阶段制动原理的制动距离计算方法.通过将模拟计算得到轮胎滑水速度和车辆制动距离与实测数据进行对比,验证了建模的精确性.在此基础上,计算了不同条件下的车辆制动距离和湿附着系数.结果显示,较小的水膜厚度、复杂的轮胎花纹、较高的充气压力均有助于改善车辆制动状况,路面纹理的影响在车辆高速行驶时更为明显.研究方法可有效用于预测雨天车辆制动行为.

沥青路面车辆超载定义分析

传统意义上车辆超载是指车辆当前负荷高于该车型的额定载荷,实际上,由于轮胎接地压力并不是简单的圆形均匀分布,而是具有明显的非均匀性,因而两者计算出来的沥青路面力学响应很不一样.利用笔者实测的轮胎接地压力分布,分析了不同车辆轮胎不同胎压、不同负荷时,沥青路面结构层的力学响应,结果表明,不仅当车辆负荷超额时,路面结构的力学响应显著,而且当负荷不超额但轮胎胎压很高时,其对路面结构的影响也十分不利;同时,轻型货车负荷超载和(或)胎压超限时不利影响也不容忽视.

影响轿车子午线轮胎静态径向刚度的因素

在振动试验机上测试轿车子午线轮胎的静态径向刚度。研究气压和结构参数 (带束层宽度、0°冠带层层数和胎面胶厚度 )对轿车子午线轮胎静态径向刚度的影响。结果表明 ,轮胎的径向刚度随气压的升高而增大 ,轮胎结构的变化对径向刚度影响不大。

子午线轮胎耐磨性能影响因素分析

建立 195 /60R14子午线轮胎三维非线性有限元模型 ,分析子午线轮胎耐磨性能的影响因素。结果表明 ,随着载荷的增大 ,轮胎接地区域摩擦力的分布由内大外小逐渐变为外大内小 ,最大摩擦力发生在胎肩部位 ;随着带束层帘线角度的增大 ,最大摩擦力先减小后增大 ,静态接地时摩擦力呈对称分布 ;相同载荷下 ,充气压力增大 ,最大摩擦力增大 ,导致胎冠中心部位提前磨损 ,充气压力过小 ,易产生“桥式效应” 。

载重车中央充放气系统自动控制算法研究

轮胎是载重车的关键承载部件,为保障车辆行驶安全,在行驶过程中须实时监测各轮胎压力,并由中央充放气系统调节胎压。现有的胎压差值计算时间方式的充放气控制算法,未考虑轮胎充放气过程中动压的影响,导致胎压实际值与设定值偏差较大。在分析轮胎压力特性的基础上,提出了一种具有充放检查与调度功能的模糊-补偿式控制算法,通过模糊快充与误差补偿实现胎压的精确调节。以某型6×4载重车为例,建立充放气管路的数学模型,基于AMESim-MATLAB联合仿真平台对该控制算法进行了仿真与验证;由CAN总线获取胎压并将其作为充放气控制系统的输入,经模拟故障注入测试与装车验证,结果表明应用该控制算法的控制器原型能够实现载重车的胎压自动控制,且故障响应时间优于国标要求。

容栅传感器在汽车轮胎充气枪中的应用

汽车轮胎的内压不足易造成汽车侧偏刚度变差，影响汽车操纵稳定性；内压过大在行驶中易造成爆胎，是许多交通事故的原因之一。因此，汽车轮胎充气时要测量内压。数显式汽车轮胎充气枪采用了容栅传感器和独特的结构，测量范围为0～1000kPa，测量精度为1．25kPa，满足了使用要求。实现了同步测量和内压调节及充气和测量压力的数字显示。

基于胎压识别超载或偏载货车的方法研究

为确定载重量与胎压之间存在的函数关系式,达到基于胎压识别超载或偏载货车的目的,运用经典力学方程和数学推导方法对货车轮胎胎压与其载重量之间的关系进行理论研究,并建立其数学函数模型。采用电子万能材料试验机对已知轮胎加载,得到不同胎压条件下多组胎压数据与对应试验加载数据;对不同胎压条件下的试验数据与模型计算数据分别进行拟合分析。试验结果表明:载重量与胎压呈非线性变化关系;比较不同胎压条件下模型计算载重量和实测载重量的拟合函数,发现二者的相对偏离程度为0.021 7。