花纹结构对轮胎滑水性能影响分析及优化设计

轮胎滑水会降低车辆的附着能力,导致危险事故,胎面花纹的排水能力决定着轮胎滑水性能。以205/55 R16子午线轮胎为研究对象,建立能够反映花纹参数特征的流体域模型,采用响应面法对胎面花纹结构进行优化。选取4个主要花纹结构参数,以降低动水升力为优化目标构建响应面模型,得到复杂花纹结构最佳优化方案。对比优化前后轮胎在自由滚动、侧偏及侧倾工况下的流场特性,结果表明：优化后的花纹结构能够有效降低胎面动水压力,削弱沟槽内部及出口处水流旋涡,提高湿滑路面轮胎滑水性能,为轮胎结构设计提供借鉴。     

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。     

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.     

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.     

湿滑路面上固体颗粒对轮胎附着性能的影响

文章依据流体动力润滑理论,把轮胎的黏性滑水现象模拟为光滑胎面单元与粗糙路面之间的动压、挤压膜问题,同时考虑了雨水中固体颗粒浓度对黏度的影响,从而建立了轮胎/路面黏性滑水现象的平均流量模型,并进行数值求解,分析了固体颗粒、外载荷、初始高度、滑动速度等因素对轮胎附着性能的影响。结果表明,外载荷、初始高度、滑动速度对轮胎湿附着性能有重要影响,减少液膜中固体颗粒浓度有利于提高胎面单元的湿附着性能。这些结果将促进轮胎黏性滑水理论的进一步完善。     

V形仿生非光滑结构对轮胎花纹气动噪声影响

为探索降低花纹气动噪声的方法,以205/55R16半钢子午线轮胎为研究对象,研究V形仿生非光滑结构对轮胎花纹气动噪声的影响.以滚动轮胎单一节距的花纹沟体积变化信息为边界条件,采用计算流体力学建立了花纹气动噪声仿真模型,通过与试验测试声压频谱二者信息对比,说明了花纹气动噪声模型的可靠性.在此基础上,借鉴工程流体领域仿生减阻降噪的思路,研究了花纹沟底部布置不同尺寸的V形非光滑结构对花纹气动噪声的影响,从雷诺应力、湍流动能两个流体流场参数揭示了非光滑结构对花纹气动噪声降噪机理.将降噪效果最佳的V形非光滑结构移植到混合花纹沟上并进行花纹气动噪声分析,结果表明:在混合花纹沟壁面布置非光滑结构能降低沟槽内流体不稳定性,具有明显的降噪效果,最大降噪量达4.6dB.     

带复杂花纹的轮胎有限元分析

以12.00R20型全钢丝载重子午线轮胎为参考轮胎,使用组合二次周向保角映射建模法,建立了轮胎的三维有限元模型。采用通用有限元软件ABAQUS,对该模型进行了静负荷工况及稳态滚动工况下的接地性能分析,并对稳态滚动工况下花纹沟闭合情况进行了初步研究,为轮胎的胎面花纹设计提供了理论参考。     

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.     

轮胎泵浦噪声的数值模拟

提出了一个计算轮胎泵浦噪声的方法.该方法首先利用ABAQUS有限元软件模拟轮胎在路面上的滚动过程,得到在轮胎滚动过程中单个花纹节上各花纹沟的体积变化情况.在此基础上,利用单极子点声源模型以及声源叠加公式获得了整个轮胎产生的泵浦噪声.基于上述方法,考察了不同花纹形式和花纹沟尺寸对泵浦噪声的影响.结果表明,花纹沟周向尺寸和花纹沟深度的增加都会使轮胎泵浦噪声增大,且花纹沟深度对泵浦噪声的影响更为显著;横向花纹轮胎与斜向花纹轮胎在花纹沟体积相同时产生的泵浦噪声基本相同.此外还考察了行驶速度对泵浦噪声的影响.结果表明,轮胎泵浦噪声基本与车速的对数成正比.     

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.     

轮胎花纹结构对喇叭效应影响规律研究

基于软件LMS Virtual.Lab对轮胎喇叭效应进行了声学边界元数值模拟研究。首先运用快速多级边界元方法分析比较了三种不同花纹结构轮胎的噪声放大作用的差异;并验证仿真模型的正确性。然后分析纵沟花纹轮胎三种不同结构参数对喇叭效应的影响。通过分析验证了轮胎表面结构会对喇叭效应产生影响。结果表明:花纹沟拔模斜度越大,对轮胎噪声的放大作用越强;花纹沟的深度越深,对轮胎噪声放大作用越弱;轮胎胎冠呈圆弧状时,对轮胎噪声的放大作用会有所减小。     

干燥路面上轿车轮胎侧偏特性试验

应用平台式轮胎力学特性试验机,研究了规格和胎体与胎面材料相同但胎面花纹形式不同的3条子午线轿车轮胎在模拟干燥路面上的侧偏特性,即侧向力特性和回正力矩特性.分析了胎面花纹、轮胎负荷和轮胎气压等因素对轮胎侧偏特性的影响.结果表明,在法向负荷0~7 kN,侧偏角0~15°,平台速度0~0.15 m/s,气压0.20~0.30 MPa的试验条件下,胎面刻花轮胎的侧偏特性优于纵沟花纹轮胎,其中顺向花纹轮胎的侧偏特性最佳.     

横向刻槽混凝土路面轮胎滑水速度数值模拟研究

为了研究横向刻槽混凝土路面的抗滑性能,分析刻槽的几何尺寸对轮胎滑水速度的影响,在ABAQUS软件中建立子午线轮胎模型、横向刻槽混凝土路面模型和紊流流体模型,依据欧拉耦合算法,模拟计算分析横向刻槽的间距、宽度和深度对轮胎滑水速度的影响.计算结果表明:刻槽宽度增加,轮胎滑水速度随之增加,增幅随着深度的增加而增加,随着间距的增加而减小;刻槽深度增加,轮胎滑水速度随之增加,增幅随着宽度的增加而增加,随着间距的增加而减少;刻槽间距增加,轮胎滑水速度随之减少,减少趋势随着宽度与深度的增加而增加.结果表明横向刻槽路面有利于提高轮胎滑水速度.     

计及复杂胎面花纹的子午线轮胎有限元分析

针对11.00R20型全钢载重子午线轮胎,对复杂胎面花纹进行有限元模拟分析,并与不包含花纹的光面轮胎模型的计算结果进行对比.结果表明,在静负荷状态,是否考虑胎面花纹,对轮胎胎冠部橡胶结构内受力分布有一定影响,对骨架结构受力分布特征影响较小,对接地压力分布特征有较大影响,与不包含花纹的轮胎相比,包含复杂胎面花纹的轮胎的接地压力分布较为均匀.     

基于临界滑水速度的湿滑路面全域滑水风险量化评价

基于修正LuGre摩擦模型提出临界滑水速度的快速计算方法,以临界滑水速度为滑水风险事件发生的判断指标;基于湿滑路段水膜厚度分布以及车速、轮迹等车辆行驶状况的概率模型,计算滑水风险事件发生的概率,从而对滑水风险进行量化,并根据风险概率将滑水风险划分为5个等级。结果表明：临界滑水速度主要受水膜厚度的影响,与路面的高程特征密切相关;当路面存在车辙、坑槽等表面病害时,病害区域的临界滑水速度显著下降。车辆滑水风险与临界滑水速度分布基本一致,但轮迹带区域的风险相对较高;降雨强度较大时,无病害或低病害路段的低风险区域超过96%,路段整体处于低风险等级,车辙等严重病害处出现大量中高风险区域,导致路段整体风险等级提高。     

计及胎面花纹影响的轮胎侧偏特性有限元分析

以205/55R16半钢子午线轮胎为参考轮胎,利用组合类保角映射簇建模法构建了不同胎面花纹的一系列轮胎有限元模型,得到了完全的、较高质量的六面体网格,并形成了花纹轮胎侧偏滚动工况的先隐式后显式算法的求解策略.计算结果表明,采用的有限元模型和求解策略是有效的,将数值振荡控制在了一个较低的水平.在此基础上,考察了胎面花纹对轮胎侧偏特性的影响.结果表明,与光面轮胎相比,花纹轮胎的侧偏刚度与回正刚度有明显减小;非对称花纹轮胎与对称花纹轮胎之间的侧偏刚度与回正刚度差别很小;非对称花纹轮胎的残余侧向力和残余回正力矩与光面轮胎和对称花纹轮胎相比有明显减小.     

道面平整度对湿滑道面-飞机轮胎相互作用影响分析

湿滑条件下,跑道不平整使积水厚度随道面起伏而变化,影响飞机起降安全。因此,引入国际平整度指数IRI,搭建基于IRI指数的轮胎—积水—道面有限元模型,通过仿真模拟,分析不同IRI指数的道面对飞机临界滑水速度的影响;结合IRI指数,对比不同飞机轮胎速度、积水厚度条件下道面视摩擦系数较平整道面的降低幅度,分析IRI指数对道面摩擦性能的影响;并依据某机场视摩擦系数实测试验结果,对仿真实验结果进行修正,探究IRI指数对飞机刹车效应的影响。结果表明:道面平整段积水厚度一定时,飞机临界滑水速度随IRI指数增加而降低,当IRI=5时,飞机临界滑水速度较平整道面降低约30%;飞机轮胎速度一定时,视摩擦系数随道面平整度等级降低而减小,IRI=5时,视摩擦系数较平整道面降低幅度高达98%,严重影响飞机运行安全;道面平整度等级为“好”时,相同平整度段积水厚度下,飞机轮胎与道面视摩擦系数随IRI指数的增加而减小;综合考虑IRI指数和经试验数据修正后的视摩擦系数对飞机刹车效应产生的影响发现,随着平整度指数与平整段积水厚度逐渐增加,飞机刹车效应会产生降级。国内某机场道面在1.5相似文献   

花纹结构参数对轮胎性能影响分析及优化设计

胎面花纹直接决定着轮胎接地性能的优劣。利用ABAQUS软件与正交试验法分析花纹结构参数对轮胎性能的影响,研究发现:花纹横沟壁角度的变化对轮胎抓地与磨损性能影响较为显著,且易加剧两性能间的固有矛盾;进一步分析得出,该问题主要由花纹块纵向刚度变化导致。为解决此矛盾,采用拱形结构设计方法对轮胎花纹横沟壁进行优化设计,结果表明:横沟壁拱形结构设计可增大花纹块的纵向刚度,一定程度上减小了轮胎花纹在滑移时的变形并降低接地前端的峰值接地压力,缓解了轮胎抓地与磨损性能间的固有矛盾,使两性能得到协同提升。     

基于轮组效应湿滑跑道飞机轮胎-水膜相互作用研究

湿滑跑道严重影响着飞机的起降安全,其根本原因就是水膜与轮胎相对运动产生的流体动力会使飞机的行驶姿态发生改变。基于弹性流体动力润滑理论,参考多种机型,并以波音737的主起落架为研究对象,运用流体分析软件Fluent建立带有纵向花纹的轮胎接地断面二维有限元模型,模拟轮胎受水流冲击的过程。提出了轮组效应,确定了适用于不同机型轮胎的流场分析计算域;并对飞机轮胎滑水现象进行参数影响分析。研究结果表明有沟槽轮胎所受压强值比无沟槽轮胎相同部位压强降低80%左右;轮胎受到的流体压力随着水流速度的增大而增大;在一定范围内沟槽宽度的增加在增大排水通道面积的同时显著降低轮胎受到的冲击压力;轮组轮胎前后轮所受的压强值差异性很大,前轮起到主要的"抗水"作用。     

考虑胎圈-轮辋接触关系的斜交轮胎充气工况有限元分析

采用ANSYS有限元程序,选用三维体单元、层单元以及接触单元,以9.00-20 16PR斜交轮胎为研究对象,建立了考虑胎圈与轮辋接触关系以及胎面花纹的三维有限元模型,并将计算结果与未考虑胎圈-轮辋接触关系的有限元模型计算结果进行了分析比较.