基于ABAQUS的商用车单宽胎与双式轮胎耐久性比较研究

【摘要】随着中国汽车工业的蓬勃发展，与汽车相关的政策、法规也日趋完善，并逐步与国际汽车技术接轨。由于货车的超载治理力度的加大，许多重型汽车制造厂商开始加大对货车的轻量化设计的投入。由于在重量和油耗方面具有的优势，单宽胎受到了越来越多的关注和重视。但载重货车主要以长距离行驶为主，这样就要考虑到单宽胎替换传统的并装双胎之后，能否达到原设计的负荷要求，否则会对车辆的行驶安全性造成威胁，但目前没有找到研究此类问题的资料与文献，因此本文对商用车单宽胎与双式轮胎的耐久性进行比较研究。本文将利用计算机仿真技术对轮胎的耐久性进行分析，同时采取有限元技术与实验相结合的方法，实施方案如下：（1）提出了AutoCAD中简化轮胎截面二维模型的方法、HYPERMESH中划分轮胎网格的原则及单元的类型的选取原则，分别建立了单宽胎与双式轮胎在二维充气、三维充气和静载荷工况下的ABAQUS有限元模型。模型详细考虑了轮胎与地面接触区域的网格细化及纵向花纹的影响。（2）通过基于ABAQUS模型的仿真模拟实验与试验台径向刚度试验结果的对比验证了所建模型的精确性及可用性。从结果来看，模型的误差小于10%，说明模型的准确程度较高，同时也说明本文采取的轮胎建模方法的真实有效。（3）对轮胎内部耐久性进行分析，主要针对带束层端部、子口包布端部重点区域首先对橡胶结构的耐久性规律进行研究，提取胎圈部与胎冠部在二维充气工况和三维静负荷状态下180°截面的应变能密度、应变和Mises应力分布值，对胎圈部与胎冠部单元进行评价，并选出危险单元进行耐久性破坏分析。根据前文得出的应力应变分布规律，对单宽胎和双式轮胎的橡胶单元进行对比分析。经过分析发现，单宽胎橡胶部的危险区域位于与胎圈钢丝相互作用的胎体帘布上、子口包布端部、带束层端部和胎肩垫胶、胎体骨架及帘线层的三者的交界处，双式轮胎橡胶部的危险区域位于胎圈钢丝嵌入位置、子口包布端部、中间花纹的沟槽处、胎肩和带束层端部。（4）考虑到ABAQUS中三维静载荷模型中间部分建模时存在的误差及轮胎与地面的接地区域范围，分别在充气工况、静负荷工况160°截面、静负荷工况180°截面下提取带束层帘线、钢丝圈钢丝和胎体帘线的应力值进行分析，并对两种轮胎的Mises应力值进行对比。经过分析发现，轮胎的帘线与骨架组成部分的危险区域位于带束层端部、胎肩部和靠近胎圈的位置，且胎圈钢丝受接地影响不大。（5）针对轮胎整胎的耐久性研究，主要研究接地应力和剪切应力（考虑摩擦的条件下）的分布。在有摩擦和无摩擦两种情况下，主要分析轮胎与路面接触面的纵向（车轮行驶方向）和横向印迹中心节点的法向应力。分析发现在考虑摩擦时，应力分布特征更加明显。综合剪切应力的分布特征可以发现，胎肩不是唯一受力最大的区域，胎面中心的花纹沟槽棱角处也承受很大的应力，且分析结果受花纹的影响。（6）通过单宽胎与双式轮胎的耐久性研究可以得出结论：425/65R22.5相比12R22.5扁平率降低，与地面的接触面积增大，应力的分布更为均匀，提高了胎面的耐磨性，但是由于轮胎与硬路面接触时能量损耗最主要产生于由内部摩擦，且425/65R22.5的内部应力与应变明显大于12R22.5。因此，425/65R22.5的发热更多，行驶温度高，使用寿命不及12R22.5，因此建议厂家更换轮胎时综合考虑多个因素。
【作者】徐振；
【导师】刘玉梅；
【作者基本信息】吉林大学，载运工具运用工程，2014，硕士
【关键词】ABAQUS；商用车；单宽胎；非线性；耐久性；

【参考文献】
[1]潘静,饶若楠.基于Web数据挖掘的信息获取系统的研究及设计[J].计算机工程,2004,S1:136-138.
[2]赵明章,范雪辉,刘春芳,于京波,史彩娟,何丽红,陈志刚,宋德才.利用构造导向滤波技术识别复杂断块圈闭[J].石油地球物理勘探,2011,S1:128-133+163+173.
[3]马远美.船舶导航雷达运动目标跟踪性能改进方法研究[D].大连海事大学,信息与通信工程,2013,硕士.
[4]杨松.免费经济学理论在企业经营中的运用研究[D].西南大学,企业管理,2014,硕士.
[5]何朕,王毅,周长浩,刘彦文.球-杆系统的非线性问题[J].自动化学报,2007,05:550-553.
[6]刘金琨,郭一.一类纯反馈力学系统的自适应模糊动态面控制[J].控制与决策,2013,10:1591-1595.
[7]张武军,何奔腾.行波差动保护不平衡差流分析及实用方案[J].电力系统自动化,2007,20:49-55.
[8]仝慧媛.英语翻译专业高年级学生翻译能力调查及对翻译教学的启示[D].西北大学,英语笔译（专业学位）,2014,硕士.
[9]肖风.RFID系统中的防碰撞算法及安全认证协议研究[D].北京理工大学,控制科学与工程,2014,硕士.
[10]孙允帅.Al-Fe合金熔体粘度研究[D].山东大学,材料加工工程,2013,硕士.
[11]王会含.肌电图联合高频超声检测在肘管综合征定位定性诊断中的应用[D].吉林大学,外科学,2013,硕士.
[12]王天增.我国环境公益诉讼制度的立法完善[D].兰州大学,法律,2012,硕士.
[13]周娟.低剂量力达霉素通过下调Oct4抑制小鼠胚胎癌细胞P19生长机制的研究[D].吉林大学,内科学,2013,硕士.
[14]王卫鹏.石墨烯产生太赫兹理论及波导器件的研究[D].天津大学,2012.
[15]王明昊,刘刚,赵鹏涛,杨述华.多胞约束LPV系统多面体不变集RMPC算法[J].控制与决策,2013,11:1661-1666.
[16]华梦圆.我国铁路机车车辆技术标准国际化发展研究[D].北京交通大学,2014.
[17]宋蕾.论新时期高校学生干部的培养工作[D].北京交通大学,2008.
[18]李媛.国际资本流动对我国价格水平影响的研究[D].吉林大学,金融（专业学位）,2013,硕士.
[19]贺庆华.论行政附带民事诉讼制度[D].吉林大学,法律,2012,硕士.
[20]徐倩.初级阶段重要语法点课堂教学设计[D].广东外语外贸大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[21]郭丽娜.城市轨道交通与土地利用协调发展的研究[D].北京交通大学,2007.
[22]吕新刚.基于手势感知的智能控制系统开发[D].南京理工大学,光学工程,2013,硕士.
[23]赵晶云.大豆芽期抗旱性状的AFLP分析及其QTL定位[D].山西农业大学,2003.
[24]高攀.资金价格双轨制的传导效应及深化改革策略研究[D].南京财经大学,金融学,2013,硕士.
[25]冯华,黄凌鹤.后危机时代国外文化产业发展的趋势、经验和启示[J].当代世界与社会主义,2011,06:32-35.
[26]石玲.现代性视野下的农村书写[D].杭州师范大学,文艺学,2013,硕士.
[27]鞠成晓.大连市房地产周期性波动问题研究[D].东北财经大学,统计学,2003,硕士.
[28]汪丹.我国上市商业银行内部控制信息披露探析[D].江西财经大学,会计学,2013,硕士.
[29]王晓琳.常林机械集团员工薪酬激励体系研究[D].西北大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[30]凌惟侯.1980年10月—1981年9月国内部分刊物自动化文献索引[J].自动化学报,1982,02:163-165.
[31]孙杰.肝脏及肝内血管系统CT扫描三维重建的解剖学研究[D].青岛大学,人体解剖与组织胚胎学,2012,硕士.
[32]汪前莉,郑水蓉,周风,王敏.碳纳米管的功能化及其在环氧树脂中的应用研究进展[J].工程塑料应用,2013,09:115-118.
[33]吴海生.元建模在模型驱动架构中的应用研究[D].华东师范大学,2005.
[34]黄国方,梅德冬,奚后玮,鲁国刚,周逸飞,代攀.IEC61131-3的可编程功能在变电站测控保护装置中的实现[J].电力系统自动化,2007,03:101-104.
[35]思亚（TheaSeny）.Role Based Access Control Based on Hospital Management System[D].华中科技大学,计算机科学,2013,硕士.
[36]马燮.模拟质子入射微孔膜时的导向作用[D].兰州大学,原子与分子物理,2013,硕士.
[37]张贺.结伴游中意外伤亡案件的民事责任研究[D].首都经济贸易大学,民商法学,2014,硕士.
[38]王丽.均三嗪桥联卟啉—噁二唑—甘氨酸的合成及自组装研究[D].天津大学,应用化学,2013,硕士.
[39].浙江:全日制公办普通高校学历教育新学费标准出炉[J].教育与职业,2014,34:14.
[40]汤翠青.济泰片治疗阿片类急性及稽延性戒断综合征有效性和安全性的随机双盲对照研究[D].新乡医学院,精神病与精神卫生学,2012,硕士.
[41]牟军.铂基石墨烯燃料电池催化剂的制备、表征及性能研究[D].青岛科技大学,材料物理与化学,2012,硕士.
[42]王兴赫.IBDV感染SPF雏鸡主要器官组织病理变化及病毒的体内分布[D].东北农业大学,基础兽医学,2013,硕士.
[43]王毓.抗逆诱导剂IPT和ABA对水稻悬浮细胞PAL、LOX基因表达状况的影响[D].中国农业大学,植物学,2004,硕士.
[44]徐亮.线性化中最佳折线的确定方法[J].自动化学报,1982,04:317-320.
[45]孟凡坤.基于FPGA车速估计器的实现及通信设计[D].吉林大学,控制工程,2014,硕士.
[46]张宁.基于GreenSeeker主动遥感的大豆NDVI/RVI分析与籽粒产量估测的初步研究[D].南京农业大学,遗传学,2013,硕士.
[47]黄文彦,胡乃联,王佐成.数据仓库技术在黄金矿山成本分析中的应用[J].黄金,2005,05:1-5.
[48]岳文杰.提灌站无线测控终端的设计研究[D].西南大学,农业电气化与自动化,2014,硕士.
[49]王春枝.低氧胁迫对鲢线粒体ATP酶活性及β、γ、δ亚基表达的影响[D].华中农业大学,水产养殖,2014,硕士.
[50]陈锦涛.战略人力资源管理系统的数据库设计[D].华南理工大学,软件工程,2012,硕士.