不同辐板车轮温度场与应力场分析

基于ADINA的轮胎力场和温度场研究的开题报告
一、研究背景
汽车轮胎在行驶过程中，承受着很大的载荷和较高的温度，对其力场和温度场的研究具有重要的意义。

ADINA作为一种常用的FEA软件，在轮胎力学和热学领域也有广泛的应用。

因此，基于ADINA的轮胎力场和温度场研究具有现实意义和科学价值。

二、研究内容
本研究将采用ADINA软件，建立轮胎力学和热学的有限元模型，分析轮胎在行驶过程中的力场和温度场变化情况，具体研究内容包括：
1. 探究轮胎受载过程中的力学特性，包括接地面积、接触压力等，对轮胎的磨损和寿命产生影响的因素进行分析。

2. 分析轮胎在高速行驶过程中的温度分布特性，研究轮胎材料的热传递及其对轮胎性能的影响。

3. 借助ADINA软件的非线性和动态分析功能，分析轮胎在各种路面情况下的受力响应和变形情况。

三、研究意义
1. 对于轮胎制造厂商而言，研究轮胎的力场和温度场分布规律，有助于提高轮胎的设计制造水平，减少轮胎的磨损和寿命，提高轮胎的性能。

2. 对于车辆制造厂商而言，研究轮胎的力场和温度场变化对车辆性能的影响，有助于提高汽车的安全性和稳定性。

3. 对于轮胎力学和热学领域的研究者而言，本研究结果有助于深入了解轮胎的力学和热学特性，为相关领域的研究提供有力的支撑。

机械工程中的温度场与应力场分析机械工程是一门应用学科，研究机械结构的设计、制造和维护等方面的知识。

而在机械工程中，温度场与应力场分析是非常重要的一部分，它们直接影响着机械结构的性能和寿命。

本文将介绍机械工程中的温度场与应力场分析，探讨其原理、应用以及相关技术。

一、温度场分析1. 温度场的定义与意义温度场是指在空间中不同位置的温度分布情况。

在机械工程中，温度场对于材料的热胀冷缩、热变形以及热应力等方面的影响非常重要。

通过对温度场的分析，可以确定机械结构在不同温度条件下的性能，进而进行合理的设计和优化。

2. 温度场分析的方法温度场分析可以通过数学建模和计算机仿真两种方法进行。

数学建模方法包括一些传统的热传导方程求解技术，如分析法、二维和三维有限元法等。

计算机仿真方法则是通过建立数学模型，并运用计算机软件进行数值计算，得到温度场的分布情况。

3. 温度场分析的应用温度场分析在机械工程中有着广泛的应用。

例如，在锻造、焊接、铸造等工艺过程中，温度场分析可以帮助工程师确定材料的热历史，预测材料的变形情况，从而指导工艺参数的选择。

此外，在机械结构的设计中，温度场分析可以帮助工程师确定合理的材料选择、结构改进，提升机械结构的耐高温性能。

二、应力场分析1. 应力场的定义与意义应力场是指在机械结构内部不同位置的应力状态。

应力是材料内部的力学性质，对于机械结构的强度、刚度、耐久性等方面具有重要影响。

通过对应力场的分析，可以确定机械结构在工作载荷下的应力分布情况，进而进行合理的设计和优化。

2. 应力场分析的方法应力场分析可以通过数学建模和计算机仿真两种方法进行。

数学建模方法包括一些传统的力学方程求解技术，如静力学、弹性力学等。

计算机仿真方法则是通过建立数学模型，并运用计算机软件进行数值计算，得到应力场的分布情况。

3. 应力场分析的应用应力场分析在机械工程中具有广泛的应用。

例如，在机械结构的设计中，应力场分析可以帮助工程师确定机械结构的合理尺寸、形状和材料，确保机械结构在工作载荷下不会发生失效。

轮胎磨耗及其温度场的理论与实验研究磨耗是由于机械作用或化学反应在接触物体表面产生的一种材料逐渐损耗的现象,磨耗发生在有摩擦力存在条件下任意二个物体之间相互作用相对滑移的过程中,二个接触面都有材料损失和几何形状的改变,是具有时变特征的渐进的动态过程。

轮胎与地面的摩擦作用和力的传递提供了汽车运动所需的各项力和力矩,汽车行驶过程中必然会造成轮胎的磨耗。

轮胎是由橡胶及纤维或钢丝增强材料组成的壳结构体,具有黏弹性、大变形、非线性及温度、形变、速度敏感性特征,其磨耗是一个相当复杂的过程。

目前,对轮胎磨耗的研究仍然缺乏系统的理论成果可资应用,仍然面临诸多挑战。

本研究立足应用、力求实效,聚焦轮胎磨耗研究的关键难点,进行了理论和实验研究,从橡胶摩擦磨耗影响要素的解析、数学建模到轮胎的热力学分析与磨耗迭代计算,形成了一套比较系统的轮胎磨耗分析方法。

1.橡胶磨耗影响因素的解析利用LAT100磨耗试验研究了胎面橡胶磨耗对滑移角度、速度、负荷的依赖关系。

磨耗对负荷存在幂函数关系。

磨耗对角度则存在二种不同的函数关系:在角度较小时,磨耗与角度表现为幂函数关系,但角度较大时,采用指数函数拟合磨耗量与角度的关系比幂函数具有更高的精度,反映出磨耗对角度具有强烈的依赖性。

速度对磨耗的影响主要体现为橡胶温度的变化,速度对磨耗的影响可以用温度来表征。

基于Akron磨耗试验机,开发了对橡胶轮加热的高温磨耗测试辅助装置,研究了温度对橡胶磨耗的影响规律,温度对磨耗的影响可以用二次多项式来表征。

橡胶磨耗是角度、温度、负荷、速度多因素交互作用的复杂过程。

建立磨耗对多因素的综合解析式是困难的,各因素对于磨耗的重要程度一直是令人着迷而又困惑的问题。

为此采用xgboost数据挖掘技术,对LAT100测试的三种TBR胎面胶的1000多组数据进行了整合分析,给出了角度、温度、速度、负荷及胎面胶配方5种因素对磨耗的影响权重,定量描述了各因素对磨耗的重要性。

2.橡胶的摩擦特性自制了摩擦系数测试装备和多种路面,测试分析了低速下不同路面、不同负荷的摩擦系数,负荷对橡胶在粗燥表面的摩擦系数影响很小。

货车车轮踏面损伤温度场与应力场的有限元分析货车车轮踏面损伤温度场与应力场的有限元分析摘要：本文通过对21t轴重、120km/h的货车车轮在一次紧急制动过程中的温度场和应力场分布进行有限元模拟，探讨分析了温度场和应力场分布与货车车轮踏面损伤的关系，为车轮的热疲劳损伤机理研究提供了技术储备和参考。

关键词：货车车轮，温度场，应力场，有限元模拟，热疲劳损伤。

正文：提速和重载是提高铁路运输能力的有效措施，已成为铁路货车发展的趋势。

我国货车目前制动方式仍然是踏面制动，列车车轮在强摩擦、高热负荷以及大轮轨作用力等恶劣条件下工作。

列车在制动过程中，动能逐渐转变为制动装置产生的热能，对于采用踏面制动的高速重载铁路货车，这样的制动过程非常严苛，由此产生的热疲劳损伤已成为车轮失效的主要形式之一。

车轮经过多次制动后，会在车轮与铁轨的接触踏面上产生均匀分布的横向裂纹，周围会伴随剥离、掉块等现象。

因此，在国家倡导货运列车提速的前提下，现有的踏面制动正面临的严峻的挑战，也对车轮的抗热损伤能力和疲劳寿命提出了更高的要求。

由于热损伤和疲劳损伤都与车轮在紧急制动过程中的温度场和应力场分布有密切的关系，本文以21t轴重、120km/h的货运列车车轮为研究对象，拟结合具体货车车轮的结构，利用建模软件对其建模，通过有限元模拟其紧急制动过程中的温度场和应力场分布，并针对实际踏面损伤情况对其模拟准确性给予评估，为进一步研究车轮的热疲劳损伤提供技术参考。

1、车轮紧急制动温度场模拟货车车轮的轮径为840mm，轮辋内侧内径为710mm，轮毂孔直径为170mm，轮辋外径为273mm，理论重量351 kg。

车轮材料为CL60，材料各项物热参数如下：弹性模量E =2.05×105 MPa，泊松比μ=0.3，密度ρ=7800 kg/m3，热膨胀系数α=10.3×10-6℃-1，比热容c=470 J/(kg·K)，热传导率k =51W/(m·K)，对流换热系数h=40W/(m2·K)。

铝合金汽车轮毂压铸模具温度场及热应力数值分析
研究的开题报告
一、研究背景和目的
随着汽车工业不断发展，越来越多的汽车零部件采用铝合金材料制造。

铝合金轮毂是一种常见的汽车零部件，其轻量化、强度高、耐磨损
等特点使其得到广泛应用。

铝合金轮毂的制造需要使用压铸模具进行生产，因此压铸模具的研究对于提高铝合金轮毂的质量和生产效率具有重
要意义。

压铸模具的温度场及热应力分析是模具设计的关键问题，需要
进行深入研究。

本研究旨在通过分析铝合金汽车轮毂压铸模具的温度场及热应力，
探索优化模具设计和制造工艺的方法，提高铝合金轮毂的制造效率和质量。

二、研究内容和方法
1. 收集铝合金汽车轮毂压铸模具的相关资料，了解模具的结构和使
用情况。

2. 通过ANSYS等有限元软件对铝合金轮毂压铸模具的温度场进行数值模拟分析，得到温度场分布图。

3. 根据模拟数据，分析温度场分布的规律，探究温度场对模具的影响。

4. 通过热应力分析，研究模具在使用过程中可能出现的热应力情况，并探讨方法减缓热应力对模具的损害。

5. 针对研究得到的数据，对模具结构和使用工艺进行改进，提高铝
合金轮毂的制造效率和质量。

三、预期成果和意义
1. 研究得到铝合金汽车轮毂压铸模具的温度场分布规律和热应力情况，为模具设计和制造提供参考和依据。

2. 发现并探索减缓热应力的方法，在一定程度上保护模具，延长模具使用寿命。

3. 提高铝合金轮毂制造的效率和质量，推动汽车工业的发展。

考虑轮胎空气耦合传热的轮胎温度场分析轮胎是机动车重要的组成部分之一，是车辆行驶中承受传递起动、制动以及横向力等负荷的部位，因此轮胎对于车辆的安全性和行驶性能有着至关重要的影响。

空气压力和温度变化是影响轮胎使用寿命和性能的两个主要因素。

因此，了解轮胎内部的空气耦合传热规律和温度场分布对于轮胎寿命和性能预测具有极其重要的意义。

轮胎内部的空气耦合传热过程是一个复杂的物理过程。

轮胎内部的空气由于轮胎受到外部荷载而发生紧缩变形，不可避免地产生了热量。

同时，由于气体的热膨胀，轮胎内部温度会不断升高。

轮胎外层的温度受到轮胎内部温度、道路摩擦力和空气阻力的影响而发生变化，因此，轮胎表面与道路之间的热传递和空气流动都是需要考虑的因素。

此外，轮毂和刹车盘等部位的传热也会对轮胎内部和外部温度产生重要影响。

对于轮胎温度场的分析，目前主要采用数值模拟方法。

通过数值模拟可以得到轮胎内部空气的流动和传热规律，进而预测轮胎的温度场分布。

数值模拟的主要方法包括有限元法和计算流体力学方法。

其中，有限元法主要用于模拟轮胎内部的温度场分布，而计算流体力学方法则主要用于模拟轮胎外表面的空气流动和热传递过程。

这些模拟方法可以为轮胎设计和制造提供重要参考。

在轮胎的设计和制造过程中，轮胎内部的空气压力和温度分布是需要考虑的参数之一。

特别是在高速行驶和车辆长期运行条件下，轮胎内部温度的升高会对轮胎的使用寿命和性能产生重要影响。

因此，必须采取措施确保轮胎内部的空气流通和散热，以维持轮胎内部温度的稳定。

同时，在轮胎的选择和使用过程中，也需要根据行驶条件和车辆负荷等因素，选用适当的轮胎型号和规格。

综上所述，轮胎内部空气耦合传热和温度场分析是轮胎设计和制造中的重要研究方向。

通过数值模拟等手段，可以获得轮胎内部和外部的温度场分布和空气流动规律，为轮胎的设计提供重要参考。

此外，车主在选择和使用轮胎时，也应该注意轮胎内部的空气流通和散热条件，以确保轮胎的使用寿命和性能。

作者简介:王泽鹏(1976-),男,山东胶南人,青岛科技大学讲师,博士,从事轮胎热力学研究及有限元分析工作。

汽车轮胎稳态温度场的数值模拟分析王泽鹏1,2,高 峰2,粟定华3(1.青岛科技大学机电工程学院,山东青岛 266061;2.北京航空航天大学汽车工程系,北京 100083;3.中橡集团曙光橡胶工业研究设计院,广西桂林 541004)摘要:利用轮胎力学场的数值分析结果,采用傅立叶级数拟合单元在轮胎滚动一周内的应力-应变变化,并根据拟合后的傅立叶系数计算轮胎单元损耗应变能和生热率,分析了轮胎在不同速度时的温度场。

计算结果与试验值基本一致。

关键词:轮胎;有限元;温度场;傅立叶级数中图分类号:T Q336.1+1;O241.82 文献标识码:B 文章编号:1006-8171(2008)01-0015-05轮胎主要由橡胶及橡胶基复合材料组成。

橡胶材料具有粘弹性,轮胎在运行过程中反复屈挠,使橡胶产生滞后损失并转化为热量,导致轮胎各部位温度升高,胶料强度以及界面粘合强度下降,易产生肩空、肩裂甚至爆胎。

因此,生热和升温对轮胎的使用寿命和行驶安全性都有很大影响。

文献[1]和[2]在计算轮胎生热率时,只获取轮胎接地部分中间断面节点的应力和应变,并将节点应力和应变随时间的变化曲线简化为三角形,将橡胶材料简化为线性粘弹性材料,这与橡胶材料的特性以及应力-应变实际变化情况存在一定的差异。

实际上,轮胎在滚动过程中的应力-应变变化是典型的非线性、非谐变响应。

本研究利用谐余弦傅立叶级数拟合的轮胎单元应力-应变变化更接近轮胎滚动过程的实际变化状况,并在此基础上计算轮胎的生热率和分析稳态温度场。

1 单元损耗应变能数学模型由于粘弹性,橡胶应变相位角比应力相位角延迟,即频率相同,角度延迟。

应力(R )和应变(E )的傅立叶级数如下:R =E Mm=0R m cos(2P mt /T +D )E =ENn=0E n cos(2P nt/T)(1)式中,t 为时间,T 为周期,D 为应力与应变相位角之差。