轮胎产业中的CAE技术应用课程报告

轮胎产业中的CAE技术应用课程报告通过江苏大学王国林教授的讲解，我学到了关于汽车轮胎有关的诸多知识，也学到了汽车方面运用仿生的理念，开拓我的眼界，丰富了我的思维方式，感触良多。我们都知道轮胎对于汽车重要性。轮胎是在各种车辆或机械上装配的接地滚动的圆环形弹性橡胶制品。通常安装在金属轮辋上，能支承车身，缓冲外界冲击，实现与路面的接触并保证车辆的行驶性能。轮胎常在复杂和苛刻的条件下使用，它在行驶时承受着各种变形、负荷、力以及高低温作用，因此必须具有较高的承载性能、牵引性能、缓冲性能。同时，还要求具备高耐磨性和耐屈挠性，以及低的滚动阻力与生热性。世界耗用橡胶量的一半用于轮胎生产，可见轮胎耗用橡胶的能力。一、轮胎的作用轮胎是汽车最重要的部件之一，轮胎的使用合理与否，直接影响汽车的行驶安全性和使用经济性。现代汽车几乎都是采用充气轮胎，轮胎安装在轮辋上，直接与地面接触，具有承重、缓冲和提供附着等作用。(1)承重在众多的汽车零部件中，只有轮胎与地面直接接触，汽车本身的重量和汽车上的乘客及载运货物的重量都要靠轮胎来支承，因此，轮胎必须具有足够的承受载荷能力。轮胎承受载荷能力除与重量有关外，还与路面质量、汽车行驶速度等因素有关。若路面质量差、汽车行驶速度快，就会使汽车的动载荷增加。所以，在考虑汽车轮胎承载能力是，必须考虑到动载荷对汽车轮胎的作用。(2)缓冲汽车行驶时路面不平要受到冲击，为保证汽车具有良好的乘坐舒适性，必须设法消除和衰减汽车行驶中产生的振动，这一任务通常是由轮胎和汽车悬架共同来完成的。为此，轮胎必须具有适当的弹性。(3)提供附着汽车行驶所需要的驱动力、汽车减速或停驶所需要的制动力等都要靠轮胎与路面的作用而产生，因此，轮胎与路面间应有良好的附着性能。为了增强轮胎的附着作用，轮胎胎面具有多种形式的花纹正因为轮胎具有上述作用，因此，汽车才能在凸凹不平的路面上安全、自由、迅速、舒适地行驶。二、轮胎动力学性能对汽车行驶的影响1.动力性轮胎六分力。轮胎的宏观力学性能主要是指轮胎的六分力六分力是轮胎与路面及汽车之间作用力的集中体现。（1）纵向力（FX）FX是地面作用在轮胎上的力在X轴方向即轮胎前进方向的分量，FX包括车轮驱动时产生的驱动力、车轮自由滚动时的滚动阻力、车轮制动时的制动力。（2）横向力（FY）FY是地面作用在轮胎上的力在Y轴方向的分量。FY的作用下轮胎会产生很复杂的侧向变形，侧向变形导致的侧偏现象对车辆的操纵稳定性有很大影响。（3）法向力（FZ）FZ是地面作用在轮胎上的力沿Z轴方向的分量。FZ将引起轮胎径向变形，其与轮胎承受的载荷力相等。（4）回正力矩（MZ）MZ是地面作用到轮胎上的力绕Z轴旋转产生的力矩，MZ使轮胎恢复原来的行驶方向，保证汽车能稳定地直线行驶。（5）滚动阻力矩（MY）MY是地面作用到轮胎上的力绕Y轴旋转产生的力矩，MY的方向与车轮的旋转方向相反，汽车的燃料经济性与MY有关。（6）翻转力矩（MX）MX是地面作用到轮胎上的力绕X轴旋转产生的力矩。轮胎与路面的附着性能、轮胎的速度性能及滚动阻力是影响汽车动力性能的主要因素，轮胎的附着性能直接影响汽车的驱动、加速和减速性能，配用附着性能好的轮胎有利于提高汽车的加速性能。2.制动性轮胎的滑动摩擦性能对汽车制动性能影响很大。汽车的制动性能与路面的摩擦力密切相关，而轮胎与路面的摩擦力取决于轮胎与路面的接触状况。轮胎与路面的摩擦力过小，会导致汽车制动性能下降。如图4-2是轮胎附着系数与制动力的关系3.操作稳定性轮胎的影响对汽车的操纵稳定性至关重要，因为前后轮胎的侧偏刚度是影响汽车操纵稳定性的重要因素，前后轮的侧偏刚度匹配，直接决定稳定性因数的大小，即决定汽车是否具有中性转向、不足转向、过多转向。因此，在对汽车的操纵稳定性分析之前有必要对汽车的轮胎进行简单的分析。汽车通过操作系来操作轮胎。轮胎的侧偏特性是轮胎重要的力学性能，直接影响汽车的操作稳定性。轮胎侧偏特性及其与汽车悬架系统的协同配合是影响汽车转向性的主要因素，通过改善轮胎侧偏特性可以解决汽车转向不足或转向过大的问题。4.行驶平顺性轮胎的均匀性、振动性、汽车悬架系统的刚度、柔度是影响汽车平顺性的主要因素。轮胎的均匀性、振动性、包封性差会导致汽车行驶，尤其是在不平路面上行驶时不稳定或颠簸，即汽车的乘坐舒适性差。通过王教授的讲课，我们不仅可以学到轮胎知识，还了解到了仿生的相关理念，仿生学是对生物系统的结构原理、性状及行为进行研究，并将这一特点应用于工程实践中的一门学科，是一种基于生命科学、工程技术、物质科学等领域的综合性学科。大自然中的生物种类多样，针对不同的气候条件，各自有着不同的结构与外形，以适应生存与繁衍。因此，我们在汽车设计时，要将目光投向大自然，从它们身上学到巧妙的方式和方法来解决我们在设计上遇到的问题，设计出具有形式独特、功能新颖的汽车。典型的形态仿生设计是甲壳虫式汽车，1933年，波尔舍博士以甲壳虫为形态仿生对象，将其自然形态如实地应用在车身的造型上，同时有效地降低了车身的迎风阻力。该车型曾经创下单一车型的销售量之最，并沿用至今。结语非常感谢王国林教授对我们的授课，我们学到的不仅仅是基础知识，而且也学到了新的思维方式，这将是我们在以后的学习工作中最大的财富。