非充气轮胎结构设计及性能分析

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轮胎是车辆与路面唯一接触的关键功能总成构件,发挥着带动车辆行驶、支撑车辆载荷、传递各向作用力等重要作用。车辆所有的基本使用性能,如制动性及驱动性等均与轮胎息息相关。目前,充气轮胎仍然是市场主流,但充气轮胎存在不容忽视的弱点,如抗刺扎能力差,漏气后基本不能行驶,以及存在着爆胎危险和制造工艺复杂等问题。与传统的充气轮胎相比,非充气轮胎具有免充气、防扎、经济、耐磨、低滚阻等优点。本课题为设计一款与某单位智能小巴相配套的非充气轮胎,基于轮胎有限元模型及结构优化分析方法,提出蜂巢轮胎的设计方案,并在山东玲珑股份有限公司的协助下进行轮胎试制及试验,为非充气轮胎的设计开发提供了研究基础。首先,设计蜂巢轮胎的单体结构,通过CATIA建立三维模型,基于ABAQUS选取不同的材料本构模型对拉伸测试数据进行拟合,选定Mooney-Rivlin模型、Yeoh模型分别对支撑体及胎面材料进行表征,应用HYPERMESH对模型进行网格划分,定义模型的载荷及边界条件,建立蜂巢轮胎的三维有限元模型。其次,通过有限元分析法,分别研究蜂窝壁厚度、支撑体数量对蜂巢轮胎最大应力及应变的影响,结合聚氨酯材料的最大断裂应力,初步确定理想的支撑体结构。在确定理想支撑体结构的基础上,分别研究支撑体结构参数对接地印迹及三向刚度的影响,通过与对标轮胎的三向刚度进行对比,综合比较确定蜂窝壁厚度为6mm、支撑体数量为20的试制方案。最后,进行了样胎试制及三向刚度试验,并在不同垂直载荷作用下对蜂巢轮胎的三向刚度进行了仿真分析及试验测试。仿真分析结果与试验测试结果具有较高的一致性,表明本文建立的蜂巢轮胎模型精度较高,且具备预测轮胎三向刚度的能力。
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