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弹性车轮橡胶块疲劳寿命分析及刚度设计
王旭鹏
【期刊名称】《特种橡胶制品》
【年(卷),期】2024(45)1
【摘要】采用Mooney-Rivlin模型,建立了弹性车轮橡胶块非线性有限元本构模型,并仿真分析和计算了橡胶块运行过程中各工况下的应力和应变;研究了弹性车轮整体刚度与橡胶块使用寿命的关系。
结果表明,为保证弹性车轮的使用安全性和经济性,弹性车轮径向刚度和轴向刚度设计范围应在100~200 MN/m和10~20 MN/m之间。
【总页数】8页(P56-63)
【作者】王旭鹏
【作者单位】同济大学铁道与城市轨道交通研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ336.19
【相关文献】
1.机械弹性车轮疲劳寿命及其影响因素研究
2.变刚度橡胶球铰的刚度特性与疲劳寿命分析
3.全表面车轮径向疲劳试验的数值仿真及疲劳寿命分析
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5.科学分析汽车车轮挡泥板系统的疲劳寿命为新车设计和汽车使用及维修提供依据
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机械弹性车轮径向刚度和阻尼模型的分析王强;赵又群;杜现斌;付宏勋【摘要】针对新型机械弹性车轮刚度特性,利用曲梁理论建立了弹性基础封闭圆环曲梁模型,对车轮刚度与輮轮抗弯刚度、铰链组弹性基础刚度及激振频率之间的关系进行了分析.结合车轮静态和动态试验分析结果,验证了根据曲梁理论所建模型的正确性,并分析了车轮刚度与车轮变形量、变形速率及激振频率之间的解析关系.根据分析结果建立了车轮刚度和阻尼的非线性解析模型,该模型反映了车轮变形量和激振频率对车轮刚度的影响,以及车轮变形速率和激振频率对车轮阻尼的影响,从而为车轮结构振动的进一步研究提供指导.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2016(027)010【总页数】6页(P1408-1413)【关键词】机械弹性车轮;(輮)轮层合结构;径向刚度;阻尼特性;非线性模型【作者】王强;赵又群;杜现斌;付宏勋【作者单位】南京航空航天大学,南京,210016;南京航空航天大学,南京,210016;南京航空航天大学,南京,210016;南京航空航天大学,南京,210016【正文语种】中文【中图分类】U463.3车辆在行驶过程中，轮胎作为主要的减振元件，其动态特性在一定程度上影响到车辆的行驶平顺性、操纵稳定性及乘坐舒适性等，描述轮胎动态特性的参数主要有径向刚度和阻尼系数，因此，对轮胎刚度和阻尼特性进行研究具有非常重要的意义。
国内外学者针对充气轮胎的刚度、动态特性及影响因素已进行了系统的试验和仿真研究[1-5]，建立了轮胎刚度和阻尼的非线性解析模型，分析了轮胎刚度和阻尼与轮胎变形量、充气压力及振动频率之间的数值解析关系，分析表明，轮胎的径向刚度还与轮胎截面宽度、轮辋直径及使用年限有关，阻尼系数主要由轮胎材料的阻尼特性所决定[6-8]。
目前，对充气轮胎刚度和阻尼非线性模型的研究在定性和定量的数值分析上都取得了一定的进展，但对新型非充气轮胎的刚度和阻尼非线性特性的研究并没有详细阐述。
弹性车轮课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解弹性车轮的原理及其在现实生活中的应用，掌握弹性车轮的设计和制造方法，培养学生的创新意识和实践能力。
知识目标要求学生了解弹性车轮的基本概念、结构和工作原理；技能目标要求学生能够运用所学知识设计简单的弹性车轮模型；情感态度价值观目标则是培养学生对科学探究的兴趣，提高学生解决实际问题的能力。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括弹性车轮的基本概念、结构和工作原理，弹性车轮的设计和制造方法，以及弹性车轮在现实生活中的应用。
具体包括以下几个方面：1.弹性车轮的基本概念：介绍弹性车轮的定义、特点和分类。
2.弹性车轮的结构和工作原理：讲解弹性车轮的组成部分，阐述各部分的作用和相互关系，以及弹性车轮的工作原理。
3.弹性车轮的设计和制造方法：介绍弹性车轮的设计原则，讲解弹性车轮的制造工艺和流程。
4.弹性车轮的应用：分析弹性车轮在现实生活中的应用实例，探讨弹性车轮在各个领域的优势和作用。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行。
具体包括：1.讲授法：教师通过讲解弹性车轮的基本概念、原理和应用，引导学生掌握相关知识。
2.讨论法：学生就弹性车轮的设计和制造方法展开讨论，培养学生的创新意识和团队协作能力。
3.案例分析法：分析现实生活中弹性车轮的应用实例，帮助学生了解弹性车轮在实际工程中的重要作用。
4.实验法：安排学生进行弹性车轮模型制作实验，提高学生的动手能力和实践能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用内容丰富、结构清晰的教材，为学生提供系统的学习材料。
2.参考书：提供相关领域的参考书籍，拓展学生的知识视野。
3.多媒体资料：制作课件、视频等多媒体资料，丰富教学手段，提高学生的学习兴趣。
4.实验设备：准备充足的实验设备，确保每个学生都能参与到实验中来，提高学生的实践能力。
五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业、考试等多个方面，以全面客观地评价学生的学习成果。
基于新型机械弹性车轮的整车平顺性分析汪伟;赵又群;姜成;岳红旭;李小龙【摘要】针对越野汽车的特殊行驶环境,为了提高轮胎的防刺破、防爆胎和安全性能,提出一种新型机械弹性安全车轮.在深入分析其结构的基础上,建立了有限元模型,并求解了各个方向的刚度.在ADAMS中建立了包括新型机械弹性车轮在内的整车模型,经随机路面输入仿真分析得出如下结论:基于机械弹性车轮的整车符合平顺性要求且满足普通轮胎的平顺性规律.在高速下,基于子午线轮胎整车的平顺性略优于基于新型机械弹性车轮整车的平顺性.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2013(024)022【总页数】5页(P3114-3117,3123)【关键词】新型机械弹性车轮;非充气轮胎;有限元分析;平顺性【作者】汪伟;赵又群;姜成;岳红旭;李小龙【作者单位】南京航空航天大学,南京,210016;南京航空航天大学,南京,210016;南京航空航天大学,南京,210016;南京航空航天大学,南京,210016;南京航空航天大学,南京,210016【正文语种】中文【中图分类】U461.60 引言安全、耐久、经济是对汽车轮胎的基本要求，其中安全尤为重要。
近年以来，随着道路质量的提高和高速公路的发展，车辆的平均行驶速度有了很大提高，但同时与轮胎安全相关的交通事故数量也呈上升趋势，高速公路46%的交通事故是由于轮胎发生故障引起的，仅爆胎一项就占事故总量的70%［1］。
普通充气轮胎一旦遭到穿刺或发生爆胎，车辆将会立即丧失机动性。
为了改变这种状况，安全轮技术越来越受到轮胎工业的重视。
目前常见的安全车轮结构主要有以下三种形式：无充气TWEEL 车轮［2－3］、无充气蜂窝结构轮胎［4］和弹性车轮［5－6］。
机械弹性车轮是一种特殊的弹性车轮，它打破了传统车轮和轮胎的界线，将车轮与轮胎集成于一体。
它采用机械结构与橡胶的弹性取代传统充气结构的弹性，由于采用无充气机械弹性结构，这种车轮理论上不存在现有充气轮胎爆胎、弹伤和爆损等问题，所以它更全面地符合战术车辆的安全性要求。
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010894496.7(22)申请日 2020.08.31(71)申请人 南京航空航天大学地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人 皮伟 赵又群 (74)专利代理机构 江苏圣典律师事务所 32237代理人 张芳(51)Int.Cl.G06F 30/17(2020.01)G06F 30/23(2020.01)G06F 30/27(2020.01)G06F 111/04(2020.01)G06F 119/14(2020.01)G06F 119/08(2020.01)(54)发明名称一种机械弹性车轮卡环轻量化设计方法(57)摘要本发明公开了一种机械弹性车轮卡环轻量化设计方法，属于轻量化技术领域，具体包括：使用有限元分析软件建立机械弹性车轮卡环的有限元模型，并验证模型的正确性；改变卡环模型的不同尺寸参数进行拉伸仿真实验，根据仿真结果选取设计变量，并确定相应的约束条件；使用哈默斯雷试验设计方法选取径向基神经网络训练样本，然后训练径向基神经网络拟合设计变量和目标函数之间的非线性关系；使用模拟退火算法求解得到满足相应约束条件的最优解，实现对卡环的轻量化设计；本发明所提出的方法可以在满足轻量化设计要求的基础上提高卡环轻量化设计的效率，降低轻量化设计成本，具有一定的实用价值。
权利要求书3页 说明书7页 附图3页CN 112115560 A 2020.12.22C N 112115560A1.一种机械弹性车轮卡环轻量化设计方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)建立机械弹性车轮卡环的三维模型，并将三维模型导入有限元分析软件，建立卡环的有限元模型；(2)改变卡环的尺寸参数，模拟不同设计尺寸下的卡环，使用有限元分析软件进行极限载荷工况下的拉伸仿真实验，得到不同尺寸参数下卡环的质量以及卡环所受的最大应力；(3)根据步骤(2)的实验结果，在尺寸参数中选取对卡环的质量和最大应力影响较大的多个尺寸参数作为设计变量；(4)根据步骤(2)的实验结果和步骤(3)所选取的设计变量，使用哈默斯雷试验设计方法获取神经网络训练的样本数据；(5)选择步骤(3)所述设计变量为输入量，选择卡环质量和最大应力为输出量，使用步骤(4)所选取的数据为训练样本，对径向基神经网络进行训练，得到设计变量与卡环质量、最大应力之间的非线性映射关系，用以建立卡环的近似数学模型；(6)根据机械弹性车轮卡环的材料属性和工作条件，确定卡环优化时的约束条件和目标函数；(7)使用模拟退火算法进行求解满足约束条件的优化问题，使目标函数为最小值，实现对卡环的轻量化设计。
