汽车轮胎非稳态温度场的有限元分析与试验验证

基于有限元分析的聚氨酯实心轮胎结构设计的实验研究：文献综述摘要：聚氨酯实心轮胎因弹性高、耐磨性能好、使用寿命长等优点受到了众多研究者的青睐。

简要介绍了聚氨酯实心轮胎的发展历程及国内外研究现状，以及聚氨酯实心轮胎的在低速重载领域中的优势。

介绍了几种测量聚氨酯实心轮胎温升的主要技术手段并阐述了降低实心轮胎温升的结构设计的新理念。

关键词：实心轮胎结构设计聚氨酯温度场一、前言轮胎从诞生至今已有一百多年的历史，它随着汽车的发展而发展。

为了抓住汽车工业迅猛发展带来的良好机遇，各大轮胎厂商都在抓紧研发适合社会需求的高性能轮胎，这也要求轮胎厂商在轮胎大批量推向市场之前，能够准确获知轮胎的各项性能指标，特别是轮胎的耐久性和高速性[1]，因为轮胎的性能好坏直接影响着汽车的行驶安全性。

鉴于轮胎的在汽车工业的重要性，目前各国轮胎和研究中心都在大力从事改进轮胎质量的研究工作[2]。

90 年代以来，国外超级轮胎公司竞相开发具有节能、减少污染、高速、安全、耐用等优良综合性能的高性能轮胎，最典型的称为“绿色轮胎”[3]，或称为节能轮胎、环境轮胎、安全轮胎、全天候轮胎等。

这些高性能轮胎的最大特点是同时具有低的滚动阻力、高的抗湿滑性以及高的耐磨性等优良综合性能。

橡胶轮胎虽然具有很好的性能，但也有其固有的弱点，那就是胎面容易分层，并且其生产工艺复杂、耗费时间。

因此，汽车轮胎制造公司早在2 0 世纪5 0 年代起就一直致力于开发出一种能够替代橡胶的新材料。

由于聚氨酯轮胎在耐磨性、滚动阻力以及抗撕裂性等方面都明显优于子午线轮胎，同样尺寸的聚氨酯轮胎负重容量是橡胶轮胎的6 - 7 倍，其生产过程可以实现连续化和自动化，在生产和使用过程中产生很少废料，而且更为重要的是废旧轮胎的部分胎体可以回收用于制造其它聚氨酯产品，不会造成环境污染，并且其制造工艺简单，因而被人们称为2 1 世纪的绿色环保轮胎[4]。

二、国内外聚氨酯实心轮胎的发展状况随着工业车辆和其它各种特殊用途车辆对轮胎性能要求的不断提高,传统的充气轮胎在某些场合已不能满足使用要求。

基于有限元分析的车辆轮胎动力学性能研究一、引言在当今社会中，车辆轮胎作为车辆的核心部件之一，其使用寿命、性能强弱直接影响着车辆在行驶过程中的性能。

因此，研究车辆轮胎的动力学性能，对于提高车辆的行驶安全性和性能具有重要意义。

随着计算机技术和有限元分析方法的发展，基于有限元分析的车辆轮胎动力学性能研究的方法日益成熟，不断得到完善。

本文将基于有限元分析方法，详细探讨车辆轮胎的动力学性能研究方法和实现。

二、车辆轮胎的动力学性能车辆轮胎的动力学性能主要包括轮胎的悬挂性能、路面适应性能以及制动性能等方面。

其中，轮胎悬挂性能对于车辆的稳定性和舒适性都有着重要的影响。

1、轮胎的悬挂性能轮胎的悬挂性能是指轮胎在行驶过程中，承受地面不平度和负荷作用下所发生的相对运动状态，主要有三个方面：纵向刚度、侧向刚度和垂向刚度。

轮胎的侧向刚度直接影响车辆的转向稳定性和操纵性，而轮胎的纵向刚度和垂向刚度则主要影响车辆的行驶稳定性和路面适应性能。

2、路面适应性能路面适应性能主要是指轮胎在行驶过程中，对于路面表面的不平度和纹理的适应能力，主要由轮胎的形变能力和接地面积等因素来决定。

其关键技术为轮胎有限元模型的建立，以及轮胎接地面的特征量的计算和分析。

3、制动性能轮胎的制动性能主要是指轮胎在制动时对于路面的抓地力和制动距离等方面的表现能力，因此最主要的课题是轮胎与路面之间的摩擦特性。

三、基于有限元分析的车辆轮胎动力学性能研究基于有限元分析的车辆轮胎动力学性能研究，主要包括轮胎有限元模型建立、轮胎动力学仿真分析和实验验证等几个方面。

1、轮胎有限元模型建立轮胎有限元模型的建立是基于有限元方法的轮胎动力学仿真研究的基础，直接影响着轮胎仿真分析的准确性和可靠性。

因此，在建立轮胎有限元模型时，需要考虑到轮胎的结构特性，如胎面花纹、胎壳结构和胎肩等，并考虑到胎内空气压力等因素对轮胎应力分布的影响。

2、轮胎动力学仿真分析轮胎动力学仿真分析主要是通过有限元仿真分析，模拟轮胎在不同工况下的变形和应力，得出其动力学性能和力学特性等重要参数，以便对轮胎设计进行探索和优化。

滚动轮胎温度场的有限元模拟计算
马连湘;李晨;刘志春;黄素逸
【期刊名称】《橡胶工业》
【年(卷),期】2003(050)008
【摘要】在轮胎热学稳态分析的基础上,利用有限元非线性分析功能,开发滚动轮胎温度场有限元模拟计算软件.该软件建立在以下4个假设基础上:①轮胎处于动态平衡时的稳态温度场;②将轮胎的形状看作以旋转轴轴对称;③导热系数和比热容等物性视为常数;④不计轮胎接地时以热传导形式发生的接触热量传递.实例验证表明,数值模拟计算结果与实际测试结果的变化趋势基本一致.
【总页数】5页(P493-497)
【作者】马连湘;李晨;刘志春;黄素逸
【作者单位】青岛科技大学,机械工程学院,山东,青岛,266042;青岛科技大学,机械工程学院,山东,青岛,266042;青岛科技大学,机械工程学院,山东,青岛,266042;华中科技大学,能源与动力工程学院,湖北,武汉,430074
【正文语种】中文
【中图分类】TQ336.1;TP311
【相关文献】
1.滚动轮胎有限元建模及温度场仿真分析 [J], 蒋辰飞;左曙光;李勇;段向雷
2.无内胎全钢轻型载重子午线轮胎稳态滚动温度场有限元分析 [J], 王学瑞;王泽君;王友善
3.滚动轮胎稳态温度场的有限元计算 [J], 宋君萍;刘丽;马连湘
4.不同载荷和初始气压下滚动轮胎稳态温度场的测试与有限元分析 [J], 吴福麒;李子然;夏源明
5.基于实验的数值反演的滚动轮胎稳态温度场的有限元分析 [J], 王晓军;李炜;夏源明
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基于有限元方法的轮胎滚动过程仿真分析米伟;姚银花【摘要】在驾驶过程中,轮胎处于滚动状态.一般来说,这种状态并不稳定,而且随着时间的推移不断变化.为了研究轮胎滚动过程接触印迹,论文在二维CAD模型的基础上建立了更加精确的三维有限元模型,仿真研究了滚动过程轮胎气压,以及制动、转弯过程中轮胎的接触状况.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2018(000)006【总页数】3页(P23-25)【关键词】有限元分析;轮胎模型;稳态滚动【作者】米伟;姚银花【作者单位】长安大学汽车学院,陕西西安710064;长安大学汽车学院,陕西西安710064【正文语种】中文【中图分类】U467引言轮胎是车辆与路面接触的最直接部件，轮胎性能的好坏直接影响到车辆的动力性、经济性以及行驶平顺性[1]。

建立轮胎有限元模型，仿真分析车辆轮胎滚动过程。

轮胎结构有限元模型的建立具有一定的难度，主要困难包括：（1）轮胎是有胎面、带束层、胎体、钢丝圈等构成的复杂架构；（2）轮胎运动过程中将会引起大的变形，而且轮胎的变形是非线性的；（3）轮胎橡胶材料的非线性。

论文通过引入将CAD模型转换为有限元模型的代码实现的 FE模型的灵活性使得能够进行研究，作为目标具有改进的轮胎性能，特别是其可操作性和加速度的改善[2]。

1 轮胎有限元模型建立图1 轮胎二维有限元模型本章描述的用于稳态滚动分析的 FE轮胎模型是根据作者开发的轮胎轮廓的2D参数CAD模型（如图1所示）创建的，该模型将在其他地方进行更详细的描述[3]。

该模型基于早期开发的3D CAD模型，在轮胎胎面将被详细建模的情况下，可以容易地与其组合。

新模型的优点是，除了轮胎轮廓的基本参数化几何外，还包含一个参数化的线和网络线，它们代表了FE网格的建模基础。

这里描述的 FE模型可用于所有轮廓类型，其轮廓以相同或类似的方式构造。

如果要分析不同类型的轮胎，则需要通过重新制作新的CAD模型来创建新的CAD模型。

实心橡胶轮胎温度场有限元分析
翟峰; 张英; 郑慕侨
【期刊名称】《《汽车科技》》
【年(卷),期】2003(000)002
【摘要】根据高速履带车辆实心橡胶轮胎的工作条件,在合理假设基础上建立了轮胎热分析有限元模型。

借助大型有限元分析软件ANSYS,对某型实心橡胶轮胎温度场的计算,得到了轮胎内部温度场的分布情况,并讨论了轮胎厚度、轮胎宽度、车速、载荷等参数对轮胎温升特性的影响。

【总页数】3页(P14-16)
【作者】翟峰; 张英; 郑慕侨
【作者单位】北京理工大学车辆与交通工程学院北京 100081
【正文语种】中文
【中图分类】U463.341
【相关文献】
1.实心橡胶轮胎非线性有限元分析 [J], 郭巍;郑振忠;吴行;陈庆昌
2.实心橡胶轮胎温度场有限元分析 [J], 翟峰;张英;郑慕侨
3.负重轮实心橡胶轮胎滚动状态下接触三维有限元分析 [J], 崔玉福;郑慕侨
4.实心轮胎温度场的有限元分析 [J], 张佳佳;李明琴;牛慧军;张志毅;刘亚青
5.实心橡胶轮胎稳态温度场分析 [J], 郑慕侨;崔玉福;孙逢春
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汽车轮胎二维稳态温度场的数值分析
赵旗;魏建华;李杰
【期刊名称】《汽车技术》
【年(卷),期】2003(000)006
【摘要】通过对滚动轮胎进行合理假设,在MSC/PATRAN系统中建立了国产9.00-2012PR尼龙斜交轮胎二维稳态温度场有限元分析模型,用NASTRAN热分析求解器计算了轮胎的温度场分布,计算结果反映了轮胎的温度分布.通过拟合得到最高温升与车速的线性关系,该公式可以用来简单预测轮胎不同车速稳态的最高温升,对轮胎结构设计与使用有一定的指导意义.
【总页数】4页(P11-14)
【作者】赵旗;魏建华;李杰
【作者单位】吉林大学,汽车动态模拟国家重点实验室;吉林大学,汽车动态模拟国家重点实验室;吉林大学,汽车动态模拟国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】U463.341
【相关文献】
1.车用电涡流缓速器转子盘非稳态温度场数值分析 [J], 何仁;刘成晔
2.高速滚动汽车轮胎稳态温度场分布的数值研究 [J], 李杰;王庆年;赵子亮;姜立勇;赵伟强
3.汽车轮胎非稳态温度场的有限元分析与试验验证 [J], 王泽鹏
4.汽车轮胎稳态温度场的数值模拟分析 [J], 王泽鹏;高峰;粟定华
5.动圈式扬声器低频驱动下稳态温度场数值分析研究 [J], 滕越;陆晓;温周斌;徐楚林
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xxxx学院本科毕业设计任务书
院(系) 机械工程学院专业班级热能与动力工程(汽车工程)(汽车1202)
学生姓名 xxx
一、毕业设计题目轿车子午线轮胎结构设计及温度场有限元分析
二、毕业设计工作自 2015 年 11 月 9 日起至 2016 年 5 月 18 日止
三、毕业设计进行地点: 校内
四、毕业设计应完成内容及相关要求：
子午线轮胎接地面积大，附着性能好，胎面滑移小，对地面单位压力也小，因而滚动阻力小，使用寿命长。

子午线轮胎胎冠结构和胎体结构不同，胎体具有良好的减震、散热、操控等性能；胎冠的结构比较强壮，抗冲击能力、稳定性能等比较好。

目前轿车所用轮胎基本上为子午线轮胎。

本设计要求设计轿车子午线轮胎的具体结构，建立轿车子午线轮胎的三维模型；综合考虑轮胎胶料滞后热源和摩擦热源等的作用,对轿车子午线轮胎温度场进行有限元模拟分析，研究轿车子午线轮胎内部温度场的变化规律，找出子午线轮胎温升的影响因素，在此基础上，根据所表征的子午线轮胎温度场变化趋势，对子午线轮胎的结构设计提出合理的优化方案。

五、毕业设计应收集资料及参考文献：
1、查阅、收集轿车子午线轮胎的相关设计资料；
2、中文资料不少于15篇，外文资料不少于5篇；
3、相关文献和资料应多种类并存，如期刊文献、参考书、毕业设计论文以及各种网络资料等。

六、毕业设计的进度安排：
1、查阅、搜集资料，书写开题报告； 2周
2、设计轿车子午线轮胎，建立轿车子午线轮胎的三维模型； 5周
3、对轿车子午线轮胎进行有限元分析并提出优化方案； 6周
4、撰写设计说明书；准备并答辩 2周
指导教师签名专业负责人签名
学院领导签名批准日期2016-03-02。

基于ABAQUS的子午线轮胎的非线性有限元分析一、本文概述随着汽车工业和交通运输业的快速发展，轮胎作为汽车的关键组成部分，其性能与安全性对车辆行驶的稳定性和安全性具有重要影响。

子午线轮胎因其优异的性能，如耐磨、抗爆、抗湿滑等，在现代汽车工业中得到了广泛应用。

然而，子午线轮胎的设计和优化是一个复杂的问题，涉及材料非线性、几何非线性、接触非线性等多种因素。

因此，对子午线轮胎进行精确的非线性有限元分析显得尤为重要。

本文旨在利用ABAQUS这一先进的有限元分析软件，对子午线轮胎进行非线性有限元分析。

我们将介绍ABAQUS软件在轮胎分析中的应用及其优势。

然后，我们将详细阐述轮胎的非线性特性，包括材料非线性、几何非线性和接触非线性等。

接着，我们将介绍如何建立子午线轮胎的有限元模型，包括轮胎的几何建模、材料定义、边界条件设置和接触定义等。

在此基础上，我们将通过具体的案例分析，展示如何利用ABAQUS对子午线轮胎进行非线性有限元分析，并探讨分析结果对轮胎设计和优化的指导意义。

本文的研究不仅有助于深入理解子午线轮胎的非线性特性，为轮胎的设计和优化提供理论支持，同时也为其他类似复杂结构的非线性分析提供了参考和借鉴。

二、ABAQUS软件介绍ABAQUS是一款功能强大的工程模拟软件，广泛应用于各个工程领域的非线性有限元分析。

它以其高效、稳定、精确的特点，成为了工业界和学术界进行复杂结构分析的首选工具。

ABAQUS提供了丰富的材料模型库，支持多种材料类型，包括但不限于金属、塑料、橡胶、复合材料等。

这使得它特别适用于轮胎这种由多种材料组成的复杂结构的分析。

在ABAQUS中，用户可以根据实际需求定义材料属性、设置边界条件、划分网格、选择求解器以及后处理结果等。

特别是在处理轮胎这类橡胶制品的非线性行为时，ABAQUS提供了多种本构模型，如Mooney-Rivlin模型、Yeoh模型等，以准确模拟橡胶材料的应力-应变关系。

ABAQUS还提供了接触算法，用于模拟轮胎与地面之间的摩擦和接触行为。

轮胎稳态滚动温度场的有限元分析的开题报告1. 研究背景轮胎的使用过程中，受到载荷和路面的作用，会产生摩擦加热，从而使轮胎产生温升。

轮胎的温度会对其性能和寿命产生影响，因此对轮胎的温度进行研究具有重要意义。

本课题通过有限元分析的方法，研究轮胎稳态滚动情况下的温度场，探究不同载荷和速度对轮胎温度场的影响。

2. 研究内容本课题的研究内容包括以下几个方面：（1）建立轮胎的有限元模型，包括轮胎橡胶材料的本构关系、胎面纹路、胎壁等结构。

（2）通过ANSYS等有限元软件，对轮胎稳态滚动情况下的温度场进行模拟计算。

（3）对不同载荷和速度情况下轮胎的温度场进行对比分析，探究载荷和速度对轮胎温度场的影响规律。

（4）通过优化轮胎材料和结构等方面，提高轮胎的耐热性能和使用寿命。

3. 研究方法本课题的研究方法主要包括以下几个方面：（1）建立轮胎的有限元模型，将轮胎分成几个部分，分别建立材料本构关系和结构。

（2）加载轮胎载荷和速度，计算轮胎在滚动时的温度场分布。

（3）通过对不同载荷和速度情况下轮胎温度场的分析，研究载荷和速度对轮胎温度场的影响规律。

（4）通过对轮胎材料和结构等方面的优化设计，提高轮胎的耐热性能和使用寿命。

4. 研究意义（1）通过对轮胎稳态滚动情况下的温度场进行研究，掌握轮胎温度分布规律，为轮胎设计和制造提供参考。

（2）通过优化轮胎材料和结构等方面，提高轮胎的耐热性能和使用寿命，为轮胎行业提供新的技术支撑。

（3）该研究结果可以为汽车工程师提供数据，对汽车性能的提升有一定的参考价值。

5. 研究计划和进度（1）建立轮胎的有限元模型，包括轮胎橡胶材料的本构关系、胎面纹路、胎壁等结构，预计在2周内完成。

（2）进行稳态滚动模拟计算，得到轮胎温度场分布，预计在4周内完成。

（3）对不同载荷和速度情况下轮胎的温度场进行对比分析，探究载荷和速度对轮胎温度场的影响规律，预计在6周内完成。

（4）通过优化轮胎材料和结构等方面，提高轮胎的耐热性能和使用寿命，预计在8周内完成。

Experiment Research on the Structure Design of Solid PU Tires based on Finite Element AnalysisA Dissertation Submitted for the Degree of MasterCandidate：Chen LixinSupervisor：Ma TiejunSouth China University of TechnologyGuangzhou, China分类号：TQ336.1 学校代号：10561 学号：201020100927华南理工大学硕士学位论文基于有限元分析的聚氨酯实心轮胎结构设计的实验研究作者姓名：陈荔新指导教师姓名、职称：马铁军高工申请学位级别：硕士学科专业名称：机械设计及理论研究方向：机器人设计理论及工程应用论文提交日期：2013年4月日论文答辩日期：2013 年月日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：胡国清委员：马铁军赵良知钟汉如王喜顺摘要实心轮胎是用于低速、高负荷运行车辆的特殊工业轮胎，广泛应用于各种工业叉车、矿车以及港口吊车等。

滚动实心轮胎的生热是降低其寿命的主要因素，而随着汽车工业的迅猛发展，对实心轮胎的材料性能提出越来越高的要求。

由于聚氨酯轮胎在各方面表现出优良的性能，其代替橡胶轮胎是未来世界轮胎工业的发展方向。

所以，研究聚氨酯实心轮胎内部温度场的变化规律，找出实心轮胎温升的影响因素，并在此基础上，根据所表征的实心轮胎温度场变化趋势，对轮胎的结构设计提出合理的改进方法具有重要的指导意义。

为了对聚氨酯实心轮胎的温度场进行有限元模拟分析，建立聚氨酯的本构模型以及测得聚氨酯材料的力学性能参数和热学性能参数，是十分必要的。

本文通过对聚氨酯材料进行单轴拉伸试验测得其应力应变的关系曲线，算得本构模型常数。

并且，采用稳态法测量聚氨酯的导热系数和应用DSC测试了聚氨酯材料在不同温度下的比热值，用于聚氨酯实心轮胎温度场的有限元分析。

汽车轮胎非稳态温度场的有限元分析与试验验证王泽鹏【摘要】建立了滚动轮胎三维力学分析有限元模型,在对轮胎力学场有限元分析的基础上,采用傅立叶级数拟合滚动轮胎应力应变并计算轮胎节点生热率,作为节点载荷导入到温度场有限元模型中.分析了轮胎在额定工况下的温升温度场变化.通过台架试验表明,计算值与试验值基本一致,验证了该有限元分析方法的可行性.【期刊名称】《汽车技术》【年(卷),期】2010(000)006【总页数】4页(P48-51)【关键词】轮胎;非稳态温度场;有限元;试验【作者】王泽鹏【作者单位】青岛科技大学【正文语种】中文【中图分类】U463.3411 前言汽车轮胎主要由橡胶及橡胶基复合材料组成。

由于橡胶材料具有粘弹性，且轮胎在运行过程中反复曲挠，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。

轮胎的生热和升温不仅影响轮胎的使用寿命，而且对汽车行驶安全性及油耗都有很大影响。

将有限元技术应用于轮胎分析，可模拟轮胎不同工况下的力学与热学性能，节省试制成本，提高生产效率。

目前，对滚动轮胎温度场的研究主要集中在稳态温度场，而对温升温度场研究较少。

本文建立了滚动轮胎三维力学分析有限元模型并进行力学场分析，利用力学场的分析结果，采用谐余弦傅立叶级数拟合应力应变，计算滚动轮胎生热率，模拟了动态温升过程，并通过台架试验进行了验证。

2 轮胎力学场建模分析建立轮胎三维力学分析有限元模型时，采用Solid46三维层单元模拟胎体部位复合材料，采用Solid185单元模拟纯橡胶部分，采用Solid45单元模拟胎圈。

根据三维截面模型，将第1排节点沿周向一定角度复制形成第2排节点，第2排与第1排中对应节点的节点编号增加相同的固定值。

在此基础上将第2排节点沿周向一定角度复制形成第3排节点，依次类推生成后面各排节点。

在轮胎与地面可能接触区域，各排节点沿周向复制旋转角度较小，以保证计算精度。

采用“EGEN”命令，在每相邻2排节点之间生成三维单元，根据轮胎结构和所受载荷的对称性，建立1/2轮胎三维有限元模型，如图1所示。

利用有限元进行轮胎模态分析的新方法
白秀荣;王卫防;葛剑敏
【期刊名称】《轮胎工业》
【年(卷),期】2001(021)007
【摘要】为分析轮胎动态特性建立了更为复杂、细致的轮胎三维有限元模型,考虑了轮胎材料的复杂性,对轮胎进行模态分析,并给出固有频率及相应振型.试验结果与计算结果有良好的一致性.还研究了充气压力对固有频率的影响,得出了允许压力范围内压力增大、固有频率随之增大的结论.
【总页数】4页(P401-404)
【作者】白秀荣;王卫防;葛剑敏
【作者单位】上海轮胎橡胶(集团)股份有限公司轮胎研究所,上海,200072;上海轮胎橡胶(集团)股份有限公司轮胎研究所,上海,200072;上海轮胎橡胶(集团)股份有限公司轮胎研究所,上海,200072
【正文语种】中文
【中图分类】TQ336.1
【相关文献】
1.子午线轮胎模态分析的有限元方法 [J], 谷叶水;石琴
2.利用模态分析技术获取轮胎的模态参数 [J], 管迪华;孙永伶
3.利用有限元和Lanczos法的细长弹体模态分析 [J], 张琪
4.企业利用有限元分析技术进行轮胎结构设计大有可为 [J], 黄舸舸
5.用有限元法进行多联装发射装置的模态分析 [J], 李兵尚;潘奠华;吴明强;曲凯
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