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零压续跑轮胎内支撑虚拟设计与性能分析

作　者: 杨欣
导　师: 佟金；S.J.Zhang
学　校: 吉林大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 轮胎安全轮胎内支撑理论模型参数选择自适应设计有限元分析协同设计性能试验
分类号: U463.341
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 339次
引　用: 5次
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内容摘要

安全轮胎技术是车辆安全关键技术之一,内支撑式零压续跑轮胎(Run-Flat Tire, RFT)作为一种重要的安全轮胎类型,常压行驶中不影响车辆性能,突然爆胎时可保护车辆安全,爆胎失压后可继续较长距离行驶,在多种车辆中可推广应用。本文工作以提出RFT零压滚动学概念为纲,建立了RFT零压续跑等效系统模型和零压行走鬃毛刷子模型,基于模型分析了RFT零压行走能力和内支撑参数的关系,对内支撑子单元进行运动和受力分析,为内支撑设计提供了理论依据。根据机理研究提出内支撑设计原则和设计要求,建立了内支撑结构设计和参数选择的数学模型,并基于标准轮辋和轮胎实施计算,得到内支撑尺寸最佳黄金分割系数。利用三维CAD自适应设计技术对基于6J轮辋和205/60R15轮胎的内支撑进行装配关联设计,利用ANSYS协同分析技术对内支撑数字化模型进行三维结构静力学分析、拓扑优化、模态分析、稳态热分析和热-结构耦合分析,最后得到内支撑优化结构并基于模型关联产生工程图。经内支撑加工试制、装配试验和轮胎性能试验,验证了所提出的理论模型和数学模型之正确性,内支撑设计达到其基本性能要求。

全文目录

提要  5-12
第1章绪论  12-34
  1.1 引言  12
  1.2 安全轮胎简介  12-17
    1.2.1 轮胎安全与爆胎  12-13
    1.2.2 安全轮胎的概念和技术类别  13-16
    1.2.3 内支撑式零压续跑轮胎系统  16-17
  1.3 内支撑式RFT的主要类型及其发展  17-22
    1.3.1 基于特制轮辋型  17-18
    1.3.2 基于标准轮辋型  18-19
    1.3.3 基于标准轮辋综合型  19-20
    1.3.4 国际和国内RFT的发展  20
    1.3.5 内支撑研究切入点和设计技术关键  20-22
  1.4 内支撑虚拟设计方法理论  22-29
    1.4.1 虚拟设计的产生与发展  22-23
    1.4.2 虚拟设计的理论基础简介  23-27
    1.4.3 虚拟设计的几何建模技术进步  27-29
  1.5 主要研究内容和设计平台简介  29-33
    1.5.1 内支撑设计流程和主要内容  29-31
    1.5.2 内支撑虚拟设计和分析平台简介  31-33
  1.6 本章小结  33-34
第2章内支撑式零压续跑轮胎滚动机理  34-75
  2.1 引言  34
  2.2 RFT零压滚动学  34-42
    2.2.1 RFT零压滚动学的基本概念  34-36
    2.2.2 RFT系统元素及功能定位  36-40
    2.2.3 RFT坐标系和运动参数  40-42
  2.3 RFT零压续跑等效系统理论模型  42-55
    2.3.1 充气轮胎模型简介  42-46
    2.3.2 轮胎接地印迹与轮胎变形  46-48
    2.3.3 RFT零压续跑等效系统模型  48-50
    2.3.4 RFT零压行走鬃毛刷子模型  50-53
    2.3.5 RFT零压滚动阻力主要组成  53-55
  2.4 RFT行走能力及内支撑的关系  55-65
    2.4.1 碾胎和脱圈的基本条件  55-57
    2.4.2 道路冲击与内支撑振动  57-61
    2.4.3 界面摩擦与损伤破坏  61-63
    2.4.4 温度升高与轮胎失火  63-64
    2.4.5 高速驻波与零压驻波  64-65
  2.5 RFT的滚动与滑动条件  65-69
    2.5.1 轮胎接地压力分布中心  65-67
    2.5.2 RFT从动工况滚动与滑动  67-68
    2.5.3 RFT驱动工况滚动与滑动  68-69
  2.6 RFT纯滚动时内支撑的运动及受力  69-74
    2.6.1 内支撑子单元概念  69-70
    2.6.2 内支撑子弹元运动分析  70-71
    2.6.3 内支撑子单元惯性力分析  71-73
    2.6.4 内支撑对车轮动平衡的影响  73-74
  2.7 本章小结  74-75
第3章内支撑结构设计参数计算依据  75-103
  3.1 引言  75
  3.2 内支撑设计原则、设计要求和基本参数  75-78
    3.2.1 内支撑设计基本原则  75-76
    3.2.2 RFT性能指标与内支撑设计要求  76-77
    3.2.3 内支撑结构术语及参数名称  77-78
  3.3 内支撑与轮辋结构的关系  78-81
    3.3.1 轮辋的结构型式与内支撑分体  78-80
    3.3.2 轮辋断面结构与标准曲线  80-81
    3.3.3 内支撑基部参数与轮辋槽的关系  81
  3.4 内支撑参数与轮胎断面轮廓的关系  81-88
    3.4.1 轮胎基本尺寸及扁平率  81-82
    3.4.2 轮胎断面重要参数的计算  82-84
    3.4.3 充气轮胎平衡轮廓的确定  84-87
    3.4.4 内支撑参数与轮胎断面轮廓的关系  87-88
  3.5 内支撑参数与轮胎接地变形的关系  88-95
    3.5.1 接地径向变形  88-90
    3.5.2 侧偏与外倾变形  90
    3.5.3 轮胎包容变形  90-92
    3.5.4 内支撑参数与轮胎变形的关系  92-95
  3.6 内支撑结构与安装工艺的关系  95-99
    3.6.1 内支撑安装工艺与内支撑结构  95-96
    3.6.2 分体结构的装卡锁紧原理  96-97
    3.6.3 轮胎安装工艺与内支撑结构  97-99
  3.7 内支撑参数CAGD求解  99-102
    3.7.1 参数求解的CAGD方法  99-100
    3.7.2 内支撑断面参数CAGD求解计算实例  100-102
  3.8 本章小结  102-103
第4章基于标准轮辋轮胎的内支撑装配关联设计  103-120
  4.1 引言  103
  4.2 创建RFT项目与轮辋和轮胎特征造型  103-111
    4.2.1 RFT项目文件与内支撑设计流程  103-105
    4.2.2 6J×15 轮辋参数化特征造型  105-108
    4.2.3 205/60R15 轮胎装配设计及特征造型  108-111
  4.3 基于6J轮辋和205/60R15 轮胎的内支撑在位设计  111-114
    4.3.1 内支撑断面草图自适应  111-113
    4.3.2 内支撑分体与特征造型  113
    4.3.3 装卡槽结构设计  113-114
  4.4 装卡锁紧零件设计  114-119
    4.4.1 基于装配体在位设计连接零件  114-115
    4.4.2 原轮辋和轮胎附加质量  115-116
    4.4.3 螺栓选择与校核计算  116-119
  4.5 本章小结  119-120
第5章内支撑三维结构有限元分析与优化  120-195
  5.1 引言  120
  5.2 结构有限元分析基础  120-129
    5.2.1 三维弹性力学基本方程及边界条件  120-124
    5.2.2 弹性力学的虚功原理  124-125
    5.2.3 有限元分析的执行步骤  125-127
    5.2.4 三维结构有限元分析常用单元类型  127-128
    5.2.5 基于ANSYS技术的内支撑协同设计与分析  128-129
  5.3 内支撑三维结构静力学初步分析  129-142
    5.3.1 内支撑静力学分析基本假设  129-130
    5.3.2 定义内支撑材料属性  130-132
    5.3.3 有限元网格划分  132-133
    5.3.4 施加约束和载荷  133-136
    5.3.5 ANSYS求解与计算结果  136-140
    5.3.6 内支撑材料对三维结构应力的影响  140-142
  5.4 内支撑三维结构形状拓扑优化  142-151
    5.4.1 结构拓扑优化的基本原理与主要方法  142-144
    5.4.2 内支撑拓扑优化单元体选择与模型数据共享  144-145
    5.4.3 内支撑单元体约束、载荷  145-146
    5.4.4 内支撑单元体有限元网格划分  146-147
    5.4.5 内支撑单元体结构拓扑优化结果  147-149
    5.4.6 结构优化后的内支撑模型  149-151
  5.5 几何特征对内支撑结构静强度的影响  151-170
    5.5.1 中间宽度的影响  151-154
    5.5.2 装胎环槽的影响  154-157
    5.5.3 端面锁环槽的影响  157-160
    5.5.4 锁紧壁厚度的影响  160-163
    5.5.5 螺栓销孔和锁块孔的影响  163-165
    5.5.6 减重孔结构和数量的影响  165-170
  5.6 内支撑三维结构模态分析  170-180
    5.6.1 模态分析数学模型与基本假设  170-172
    5.6.2 内支撑模态分析模型准备  172-173
    5.6.3 内支撑模态分析边界条件  173-174
    5.6.4 内支撑固有频率和振型  174-175
    5.6.5 预应力对内支撑固有频率的影响  175-180
  5.7 内支撑结构强度精确计算和不同车速下的安全程度  180-193
    5.7.1 内支撑结构强度精确计算模型准备  180-184
    5.7.2 内支撑结构强度精确计算结果  184-187
    5.7.3 内支撑沿轮辋槽的滑转安全性  187-189
    5.7.4 内支撑在不同车辆速度下的安全程度  189-193
  5.8 本章小结  193-195
第6章内支撑三维温度场有限元分析与散热结构  195-220
  6.1 引言  195
  6.2 内支撑温度场有限元分析基础  195-200
    6.2.1 热力学第一定律和导热微分方程  195-198
    6.2.2 三维稳态热传导有限元基本方程  198-200
    6.2.3 三维温度场分析常用单元类型  200
  6.3 内支撑稳态温度场分析  200-204
    6.3.1 稳态温度场分析的内支撑模型  200-201
    6.3.2 单元控制与网格划分  201-202
    6.3.3 热载荷边界条件  202-203
    6.3.4 分析结果与讨论  203-204
  6.4 考虑内支撑与轮辋接触的稳态传热  204-210
    6.4.1 装配模型准备与模型数据共享  204-205
    6.4.2 接触传热处理  205-207
    6.4.3 单元控制与网格划分  207
    6.4.4 热载荷边界条件  207-208
    6.4.5 分析结果与讨论  208-210
  6.5 散热结构设计与对比分析  210-215
    6.5.1 散热结构设计  210-211
    6.5.2 带散热结构的内支撑稳态温度场  211-213
    6.5.3 带散热结构的内支撑与轮辋接触的稳态温度场  213-215
  6.6 内支撑热-结构耦合有限元分析  215-219
    6.6.1 热-结构耦合有限元分析基础  215-216
    6.6.2 内支撑热-结构耦合分析的物理模型和边界条件  216-217
    6.6.3 内支撑热-结构耦合求解和结果对比讨论  217-219
  6.7 本章小结  219-220
第7章内支撑试制与RFT性能试验  220-234
  7.1 引言  220
  7.2 内支撑工程图与技术文件  220-223
    7.2.1 试制前虚拟装配干涉检查  220-222
    7.2.2 工程图与技术文件  222-223
  7.3 内支撑试制与装配试验  223-227
    7.3.1 内支撑毛坯与加工  223-224
    7.3.2 连接零件的加工  224
    7.3.3 内支撑装配试验  224-227
  7.4 装有内支撑的RFT性能试验  227-232
    7.4.1 试验台简介及实验内容  227-228
    7.4.2 轮胎零压接地印迹和滚动变形  228-229
    7.4.3 纵滑特性对比试验  229-230
    7.4.4 侧偏特性对比试验  230-232
    7.4.5 性能试验总结与讨论  232
  7.5 本章小结  232-234
第8章总结与展望  234-239
  8.1 主要结论  234-238
  8.2 研究展望  238-239
参考文献  239-251
攻读博士学位期间发表论文、参加科研和获奖情况  251-252
摘要  252-255
ABSTRACT  255-260
致谢  260-261
导师及作者简介  261-263

零压续跑轮胎内支撑虚拟设计与性能分析

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