【摘 要】
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轮胎是保障汽车正常运行不可或缺的关键部件,汽车的行驶过程中起着至关重要的作用,其主要作用是承载汽车的负荷,吸收地面的冲击和振动,通过与地面摩擦产生汽车加速、制动和转弯所需的力和力矩。轮胎的性能直接影响驾驶乘坐体验,甚至影响车辆的安全性。轮胎的耐磨性是轮胎最重要的性能之一,当前耐磨性最主要的评价方式是通过室内或室外实验测试直接测定,其缺点是实验周期长,测试费用高,不利于产品的快速开发。所以,有必要使
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轮胎是保障汽车正常运行不可或缺的关键部件,汽车的行驶过程中起着至关重要的作用,其主要作用是承载汽车的负荷,吸收地面的冲击和振动,通过与地面摩擦产生汽车加速、制动和转弯所需的力和力矩。轮胎的性能直接影响驾驶乘坐体验,甚至影响车辆的安全性。轮胎的耐磨性是轮胎最重要的性能之一,当前耐磨性最主要的评价方式是通过室内或室外实验测试直接测定,其缺点是实验周期长,测试费用高,不利于产品的快速开发。所以,有必要使用有限元仿真的方法对轮胎磨损性能进行快速仿真预测,以205/55R16轿车胎为研究对象,通过有限元分析方法对半钢子午线轮胎的磨损行为进行仿真研究。首先,通过实验测定205/55R16轮胎各部位橡胶材料的材料参数和骨架材料的材料参数;根据材料分布图构建二维轮胎截面模型和三维轮胎模型,实现轮胎充气和接地仿真;通过外缘尺寸、下沉量和刚度的实验结果与仿真结果对比来评价轮胎有限元模型的有效性。然后,基于Archard磨损模型,使用Fortran语言开发UMESHMOTION子程序;通过三种胎面胶的磨损实验与仿真分析验证了基于ABAQUS磨损仿真的方法。实现了205/55R16轮胎在加速、自由滚动和制动三种工况下的磨损仿真,对轮胎综合工况的磨损性能进行预测,并通过实验验证了仿真结果。分析了磨损对轮胎性能的影响,研究结果表明,随着磨损程度的增加,接地面积逐渐增大并趋于恒定,最大接地压力减小,接地压力偏度值减小;随着磨损程度的增加,轮胎带束层的Mise应力逐渐增加。最后,分析了轮胎磨损性能的影响因素,分别研究轮胎充气压力和负载、带束层结构和胎面胶厚度对轮胎磨损性能的影响;然后,通过正交设计,对205/55R16轮胎的耐磨性能和抓地性能进行协同优化。最佳组合是1#带束层角度取63°,2#带束层取117°,带束层帘线压延密度取60根/分米,胎面胶厚度取8 mm。优化后平均磨损深度降低9.73%,接地面积提升2.43%,实现磨损性能和抓地性能的协同优化。
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