汽车轮胎与地面接触的有限元分析

辽宁工程技术大学毕业设计（论文）辽宁工程技术大学毕业设计（论文）题目：汽车轮胎与地面接触问题的有限元分析作者：CGH指导教师：SKM教授专业：工程力学时间：二零一七年六月辽宁工程技术大学毕业设计（论文）中文题目：汽车轮胎与地面接触问题的有限元分析外文题目：FINITEELEMENTANAIYSISOFCONTACTPROBLEMBETWEENCARANDGROUND毕业设计（论文）共81（其中：外文文献及译文26页）图纸共0张完成日期2017年6月15日答辩日期2016年6月23日陈光华：汽车轮胎与地面接触问题的有限元分析辽宁工程技术大学本科毕业设计（论文）学生诚信承诺保证书本人郑重承诺：《汽车轮胎与地面接触问题的有限元分析》毕业设计（论文）的内容真实、可靠，系本人在指导教师的指导下，独立完成。如果存在弄虚作假、抄袭的情况，本人承担全部责任。学生签名：年月日辽宁工程技术大学本科毕业设计（论文）指导教师诚信承诺保证书本人郑重承诺：我已按学校相关规定对同学的毕业设计（论文）的选题与内容进行了指导和审核，确认由该生独立完成。如果存在弄虚作假、抄袭的情况，本人承担指导教师相关责任。指导教师签名：年月日辽宁工程技术大学毕业设计（论文）I摘要轮胎的接触问题对汽车安全有着至关重要的影响，对汽车轮胎与地面接触问题研究，有助于轮胎设计人员改进轮胎结构和材质，提升汽车安全性能。本文系统地介绍了轮胎的具体构造、各个部位的功能与轮胎规格的国际标准表示法，提供了轮胎的各种失效形式。采用数值模拟方法对轮胎与地面接触问题进行研究，考虑到轮胎实际结构的复杂性，简化轮胎模型，建立合适的轮胎有限元模型，利用接触对，模拟汽车轮胎与刚性目标面的接触，研究了汽车轮胎在垂直载荷作用下与路面的静态接触，分析了轮胎在垂直载荷作用下接触压力分布和轮胎与地面的接触变形。同时，还模拟轮胎与路面的滚动接触，系统地分析了轮胎在与刚性路面的滚动接触过程中轮胎与路面间接触压力的分布情况以及轮胎的接触变形，以及不同充气压力和不同垂直载荷作用下轮胎的接触变形和接触压力。通过轮胎静止状态施加垂直载荷的模拟分析，发现轮胎在垂直荷载作用下接触区域胎侧部位向外膨胀鼓出。接触压力分布对称，接触面中心区域接触压力最大。通过对轮胎滚动过程的模拟，发现接触压力横向分布对称，在胎面两侧出现峰值，向四周扩展开来，逐渐减小，径向分布不对称，轮胎压入面出现峰值。在汽车轮胎充气气压相同的情况下，不同垂直载荷对轮胎造成的接触变形不同，负载为15000N时，轮胎下沉量为49.28mm，负载为5000N时，轮胎下沉量为0.704mm，负载越大，轮胎的变形情况越严重，轮胎与地面接触面积越大，接触压力横向分布曲线峰值点离胎面中心越远。在相同垂直载荷作用下，不同充气气压对轮胎造成的接触变形不同，0.10Mpa充气气压下，轮胎下沉量为71.09mm，充气气压为0.30Mpa时，充气气压为13.97mm，充气气压越大，变形程度越小，轮胎与地面接触面积越小，接触压力分布越集中在接触面中心。关键词:汽车轮胎；数值模拟；垂直载荷；充气气压；接触压力；接触变形陈光华：汽车轮胎与地面接触问题的有限元分析IIABSTRACTTiregroundingproblemshaveacrucialimpactonthesafetyofautomobiles.Researchontheproblemofcontactbetweenautomobiletiresandgroundwillhelptiredesignersimprovetirestructureandmaterialandimprovevehiclesafetyperformance.Therefore,itisofgreatsignificancetostudythecontactstressandcontactdeformationofautomobiletiresinactualgroundingwork.Thispapersystematicallydescribesthespecificstructureofthetire,thefunctionofeachsiteandthespecificparametersofthetireandtheperformanceoftheinternationalstandardrepresentation,meanwhileintroducesavarietyoftirefailureforms.Andthebasictheoryofcontact,aswellasthenonlinearfiniteelementmethodofcontactproblemisintroduced.Thenumericalsimulationmethodisusedtostudytheproblemoftireandgroundcontact.Consideringthecomplexityoftheactualstructureofthetireandsimplifyingthetiremodel,thefiniteelementmodelofthetireisestablished,andthecontactbetweenthetireandtherigidtargetsurfaceissimulatedbycontactThecontactofthetireundertheverticalloadisanalyzed.Thecontactstressdistributionofthetireundertheverticalloadandthecontactdeformationbetweenthetireandthegroundareanalyzed.Atthesametime,therollingcontactbetweenthetireandtheroadsurfaceissimulated,andthedistributionofthecontactstressbetweenthetireandtheroadsurfaceandthecontactdeformationofthetireduringtherollingcontactwiththerigidroadsurfacearesystematicallyanalyzed.Throughthesimulationanalysisoftheverticalloadappliedtothetirequiescentstate,itisfoundthatthetiresofthecontactareaundertheverticalloadareoutwardlybulgingandbulging,andthetireareaisflattened.Contactstressdistributionsymmetry,contactsurfaceareaofthelargestcontactstress.Throughthesimulationofthetirerollingprocess,itisfoundthatthedeformationofthetireissimilartothatofthetireundertheverticalload.Thecontactstressissymmetricalinthelateraldirectionandspreadsonbothsidesofthetread,expandstothesurroundings,decreasesgradually,Radialdistributionisasymmetric.Inthecaseofthesametireairpressure,thecontactloadcausedbydifferentverticalloadsisdifferent.Whentheloadis15000N,thetiresinkingis49.328mm.Whentheloadis5000N,thetiresinkingis0.704mm,theloadisbigger,Thegreaterthedeformationofthetire,thegreatertheareaofcontactwiththeground,thegreaterthecontactstresstransversedistributioncurvepeakfromthetreadcenter.Underthesameverticalload,thecontactdeformationcausedbydifferentinflatableairpressureisdifferent,0.10Mpainflatablepressure,thetiresinkingamountof71.109mm,inflatable辽宁工程技术大学毕业设计（论文）IIIpressureof0.30Mpa,theinflatablepressureof13.997mm,thegreatertheinflatablepressure,Thesmallerthedegreeofdeformation,thesmallerthecontactareabetweenthetireandtheground,themoreconcentratedthecontactstressdistributioninthecenterofthecontactsurface.KEYWORDS:Cartires；Numericalsimulation；Verticalload；Inflationpressure；Contactpressure；Contactdeformation辽宁工程技术大学毕业设计（论文）目录摘要............................................................................................................................IABSTRACT.............................................................................................................II目录...........................................................................................................................01绪论.......................................................................................................................11.1研究背景及意义...................................................................................11.2轮胎与地面接触问题研究现状..............................................................21.3论文主要研究内容................................................................................41.4技术路线图..........................................................................................52轮胎的构造和功能以及失效形式.................................