基于几何更新方法的轮胎胎面磨耗行为仿真分析

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1、工程硕士学位论文基于几何更新方法的轮胎胎面磨耗行为仿真分析作者姓名许顺凯工程领域车辆工程校内指导教师臧孟炎教授校外指导教师高世双高级工程师所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2018年4月AnalysisoftiretreadwearbehaviorbasedonupdatedgeometrymethodADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：XuShunkaiSupervisor：Prof.ZangMengyanSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzh

2、ou,China分类号：U463.341学校代号：10561学号：201521003314华南理工大学硕士学位论文基于几何更新方法的轮胎胎面磨耗行为仿真分析作者姓名：许顺凯指导教师姓名、职称：臧孟炎教授申请学位级别：工程硕士工程领域名称：车辆工程论文形式：□产品研发□工程设计□√应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：车辆设计理论与方法论文提交日期：2018年04月12日论文答辩日期：2018年05月28日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：王海林委员：曾壮、陈吉清、臧孟炎、兰凤崇摘要轮胎作为汽车与路面接触的唯一部件，汽

3、车依赖轮胎与路面间的摩擦力实现汽车加速、巡航和制动。耐磨性作为评价轮胎性能的重要指标，直接制约着轮胎的使用寿命。目前世界各国轮胎公司对轮胎磨耗性能的测试主要依靠道路磨耗试验，但是该方法成本高耗时长。因此，在计算机性能大幅提升和有限元方法不断完善的今天，利用有限元仿真分析方法研究轮胎胎面的磨耗性能成为可能。本文以205/55R16型号的子午线轮胎为研究对象，利用ABAQUS等有限元分析软件建立了光面轮胎、纵沟槽花纹轮胎以及复杂花纹轮胎的有限元模型，并通过径向刚度试验验证了有限元模型的正确性；利用ABAQUS用户子程序(FRIC、VFRIC)将胎面和路面之间的

4、摩擦特性定义为指数衰减模型；针对不同花纹轮胎的结构特点，采用隐式分析方法模拟光面轮胎和纵沟槽花纹轮胎的自由滚动过程，而采用显式分析方法模拟复杂花纹轮胎的自由滚动过程。考虑到轮胎在滚动过程中发生胎面磨损导致材料销蚀的现象，本文基于李钊和左曙光等人提出的胎面磨耗求解策略——几何更新法，使用ABAQUS软件仿真研究了光面轮胎、纵沟槽花纹轮胎和复杂花纹轮胎的磨耗性能。即将总的磨耗评价行驶里程离散为多个阶段，在每个阶段内采用Archard公式计算胎面各节点的磨耗量，然后依据该阶段内的总磨耗量采用UMESHMOTION用户子程序对胎面几何形状进行更新。再计算轮胎在下一

5、阶段内的磨耗量，如此不断循环直至达到磨耗评价要求的里程数，求得最终的胎面磨耗情况。分析结果表明，三款轮胎胎面磨耗深度沿胎宽方向近似呈左右对称分布，胎肩处磨耗比胎面中部磨耗严重，并且复杂花纹轮胎的单个花纹节先接地处磨损较轻，而后接地处磨损较为严重，与轮胎实际磨损情况一致。花纹轮胎的最大磨损量仿真结果与实验结果基本相同。通过仿真分析，比较几何更新法采用与否的胎面的磨耗行为，发现不进行几何更新时胎面磨耗突变严重，且最大磨耗量偏大。以上结果充分证明了几何更新法可以更准确地模拟轮胎滚动过程中胎面材料的销蚀过程。此外，本文还研究了轮胎外倾角、车轮载荷和胎面花纹对轮胎磨

6、耗性能的影响。关键字：轮胎；磨耗；自由滚动；磨损模型IAbstractTiresaretheonlypartsofcarswhichareincontactwiththeroad,andcarsaredependentonthefrictionbetweenthetireandtheroadtoaccelerate,cruiseandbrake.Wearresistanceisanimportantindextoevaluatetireperformance,whichdirectlyrestrictsthelifeoftire.Atpresent,the

7、testingoftirewearperformanceintirecompaniesaroundtheworldmainlydependsontheroadweartest,butthismethodisexpensiveandtime-consuming.Therefore,withtheimprovementofcomputerperformanceandthefiniteelementmethod,itispossibletostudythewearperformanceoftiretreadusingthefiniteelementmethod.

8、The205/55R16radialtiresarechosena