基于环模型的轮胎滚动接触有限元分析_郭孔辉.pdf

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1、第４１卷第３期吉林大学学报（工学版）Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．３２０１１年５月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＥｄｉｔｉｏｎ）Ｍａｙ２０１１基于环模型的轮胎滚动接触有限元分析郭孔辉１，邱恩超２（１．吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室，长春１３００２２；２．清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，北京１０００８４）摘要：以弹性环模型理论为基础，建立了轮胎面内力学特性的有限元模型。通过不同载荷和速度下的轮胎在转毂上通过障碍物的仿真，分析了载荷与速度对轮胎轴

2、荷响应的影响。计算结果与试验结果的对比验证了有限元模型在轴荷响应预测上的精度。该模型对于汽车的振动噪声分析以及耐久性分析具有重要的意义。关键词：车辆工程；轮胎模型；有限元分析；环模型；滚动接触中图分类号：Ｕ４６３．３文献标志码：Ａ文章编号：１６７１－５４９７（２０１１）０３－０５９７－０５Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｉｒｅｒｏｌｌｉｎｇｃｏｎｔａｃｔｂａｓｅｄｏｎｒｉｎｇｓｕｐｐｏｒｔｅｄｏｎｅｌａｓｔｉｃｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ１，ＱＩＵＥｎ－ｃｈａｏ２ＧＵＯＫｏｎｇ－ｈｕｉ（１

3、．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＤｙｎａｍｉｃＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２２，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＳａｆｅｔｙａｎｄＥｎｅｒｇｙ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌ（ＦＥＭ）ｗａｓｂｕｉｌｔｆｏｒｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｉｎｔｈｅｔｉｒｅｐｌ

4、ａｎｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆｒｉｎｇｓｕｐｐｏｒｔｅｄｏｎｅｌａｓｔｉｃｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｌｏａｄａｎｄｓｐｅｅｄｏｎｔｈｅｔｉｒｅｓｐｉｎｄｌｅｌｏａｄｒｅｓｐｏｎｓｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｔｉｒｅｐａｓｓｉｎｇｔｈｅｃｌｅａｔｓｏｎｄｒｕｍｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏａｄｓａｎｄｓｐｅｅｄｓ．Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄｔｅｓｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｔｈｅａｃ

5、ｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅＦＥＭｆｏｒｓｐｉｎｄｌｅｌｏａｄｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ．ＴｈｅｍｏｄｅｌｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｏｒｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｖｅｈｉｃｌｅＮＶＨｂｅｈａｖｉｏｒａｎｄｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｅｈｉｃｌｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｔｉｒｅｍｏｄｅｌ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ；ｒｉｎｇｓｕｐｐｏｒｔｅｄｏｎｅｌａｓｔｉｃｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ；ｒｏｌｌｉｎｇｃｏｎｔａｃｔ基于弹性环模型（ＲＥＦ）理论的轮胎建模与仿本文基于环模型理论，通过有限元法建立了真

6、是应用于汽车动力学仿真以及结构的疲劳耐久一种由集中质量－弹簧－阻尼单元与梁和壳单元［１－４］性分析的一项重要技术。但由于轮胎在不平构成的轮胎结构化力学模型，研究了利用有限元路面上的滚动接触过程非常复杂，不同载荷下的离散化技术与显式算法求解环模型运动方程的新轮胎的刚度特性、障碍物本身的几何形状存在较方法。通过不同载荷与速度下的轮胎在转毂上通大差异。而且在滚动情况下，环模型的动力学方过障碍物的仿真，分析了载荷与速度对轮胎轴荷程变成陀螺系统，难以求解，特别是目前还很难得响应的影响，计算结果与试验结果的对比验证了到

7、不平路面下的瞬态响应解。有限元模型在轴荷响应预测上的精度。收稿日期：２００９－０６－０６．基金项目：总装备部预先研究项目．作者简介：郭孔辉（１９３５－），男，教授，博士生导师，中国工程院院士．研究方向：轮胎力学．Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｕｏｋｏｎｇｈｕｉ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ·５９８·吉林大学学报（工学版）第４１卷（Ｓｐｒｉｎｇ／Ｄａｍｐｅｒ）；④胎冠部分橡胶的压缩和剪１轮胎中、高速动态特性试验切模量通过平面应变单元（Ｓｈｅｌｌ）模拟。轮胎动态特性试验是在轮胎以较高速度（３０轮胎模型中的参数包括几何参数与结构参数～６

8、０ｋｍ／ｈ）滚动通过障碍物的过程中，通过对轮以及物理参数。几何参数和结构参数包括：带束胎动态特性的分析，检验轮胎模型建模以及动力截面积Ａ，有效宽度ｂ，有效半径ｒ，带束层厚度ｈ。学参数的取值有效性。动态模型的对象为这些参数直接从轮胎设计参数中得到。物理参数Ｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌ２０５／５５Ｒ１６轮胎，试验在直径为１．６包括：有效密度ρ，径向弹簧参数ｋｗ，切向弹簧参ｍ的转毂上进行，条形试样高１０ｍｍ，长２０ｍｍ，数ｋ