轮胎花纹的有关分析

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1、轮胎花纹的有关分析关键词胎面花纹;接地压力;摩擦应力;三维建模；有限元模型摘要轮胎胎面花纹是轮胎与路面相互作用的直接接触部位，它不仅对轮胎的抓地性有直接的影响，而且对汽车的性能也有极大的影响。因此我们通过一些数学模型来进行定性的分析。就汽车花纹的的样式，我们通过查找文献知识得到，具体分为普通花纹、越野花纹、混合花纹、块状花纹、非对称花纹和定向花纹这6种，然后就这6种花纹情况下，我们采用控制变量法，来逐个分析花纹样式对汽车性能的影响，然后我们针对性的选择纵向花纹这种典型情况，进行了一个纵向花纹的三维建模，主要

2、公式有，。根据前面建立的坐标系可知是绕Y轴旋转,旋转矩阵为:=我们对整个轮胎进行了三维建模，我们借助李兵提出的组合周向保角映射建模法和组合类保角映射簇建模法理论（是近期花纹轮胎建模技术的重要进展）[3]。本文根据组合类保角映射簇建模法的基本原理,利用12.00R20型轮胎子午面内二维胎面的外轮廓曲线为圆弧的特点,对组合类保角映射簇建模法进行了简化,使之成为合二次周向保角映射,实现了从曲面到平面的转换。紧接着，我们应用有限元分析法的思路，进行对轮胎花纹分析，轮胎由于充气和垂直载荷等作用，轮胎结构会产生较大的变

3、形，轮胎几何结构的这种变形属于几何非线性问题。进下来我们对几何非线性问题进行了再次通过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。由分析得出纵向花纹：这种型式花纹适合在比较清洁，良好的硬路面上行驶，轿车、小型货车等选用这种轮胎花纹。横向花纹：这种型式花纹适合于在一般硬路面上、牵引力比较大的中型和重型货车使用。纵横混合花纹：这种型式花纹的轮胎适应能力强，应用范围广

4、泛，它既适用于不同的硬路面，也适宜安装于轿车和货车。-26-一、问题的提出各种轮胎被广泛的使用在各种陆地交通工具中，但在使用的过程中会有各种各样的影响因素，根据汽车性能的需要和环境的需要，轮胎表面会加工出不同的花纹，所以必须找出一种关系并建立一种模型，根据交通工具性能的需要和环境的需要在现在的千千万万的轮胎中确定最适使用的范围二、问题的分析由题意知到这次的目的是建立一种模型，解决轮胎的最佳使用范围，既要考虑交通工具自生的性能又要考虑其使用的环境。首先我们要知道到底有些什么样的花纹，它们的区别在哪里。因此我们

5、用轮胎的三维建模研究轮胎材料、胎面花纹的原理、接触条件及荷载情况。此外我们要知道路面的各种环境的区别，再用有限元分析方法分析其受力问题，并总结出花纹样式和沟槽深度对交通工具性能的影响和环境对轮胎的影响。最后，通过所建立的模型计算总结出交通工具最适应的范围。三、模型假设图1假设各个汽车的大小，样式完全相同例如：汽车的外型尺寸和汽车的轴距、前轮距/后轮距（如图1）、最小离地间距、风阻系数、最小转弯直径、空车质量、允许总质量、行李箱容积等等。我们对汽车轮胎花纹的不同样式进行研究，讨论出不同花纹样式对汽车性能的影响

6、。在上一个问题的研究下，我们进一步研究相同花纹样式下，花纹的纹深度对汽车性能的影响，由于花纹愈深，则花纹块接地弹性变形量愈大，由轮胎弹性迟滞损失形成的滚动阻力也将随之增加。较深的花纹不利于轮胎散热，使胎温上升加快，花纹根部因受力严重而易撕裂、脱落等。花纹过浅会影响其贮水、排水能力，容易产生有害的“滑水现象”-26-，而且使光胎面轮胎易打滑的弊端呈现出来，从而使汽车性能变坏。因此，我们根据我国制定的法规来判断和预测轮胎的花纹深度。由于花纹的样式繁多，我们就以纵向花纹为例，对它进行三维建模分析，假设点,,…是导

7、动线的控制点,轮胎是一个回转体,分析截面形状可知,胎冠处曲线是由若干段圆弧组成，曲折花纹数学模型需要的参数和变量由,y.z,a,b,c来表示。只要再绘制出合适的截面,即可通过扫描的方法得到三维实体花纹。最后与无花纹三维轮胎实体进行减运算,就可得到完整的轮胎三维实体造型。就纵向花纹之后，我们都对轮胎花纹有了大致认识，因此要分析好花纹的影响，我们对整个轮胎进行了三维建模，我们借助李兵提出的组合周向保角映射建模法和组合类保角映射簇建模法理论（是近期花纹轮胎建模技术的重要进展）[3]。本文根据组合类保角映射簇建模法

8、的基本原理,利用12.00R20型轮胎子午面内二维胎面的外轮廓曲线为圆弧的特点,对组合类保角映射簇建模法进行了简化,使之成为合二次周向保角映射,实现了从曲面到平面的转换。然后利用组合二次周向保角映射建模法建立一节花纹模型,由轮胎主体的轴对称模型绕旋转轴旋转相应角度生成一节主体模型、材料选择及网格划分、接触条件、载荷工况等等进行分析。有限元法是一种基于能量原理的数值计算方法，因此，我们进行轮胎的分析过程中我们采用有