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轮胎与陡坡急弯路面相互作用的有限元研究

作　者: 刘杰
导　师: 周东
学　校: 重庆交通大学
专　业: 工程力学
关键词: ABAQUS 轮胎有限元非线性摩擦力
分类号: U461
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

山区道路地形条件相对比较复杂，具有坡道长、弯道多、隧道多、桥梁多等诸多特点。车辆在山区道路行驶时，很容易发生由于制动失效、纵向滑动、侧向滑动、甚至是侧翻等造成重大交通事故。因此车辆山区道路安全行驶问题是一个急待解决的问题。轮胎是车辆上与路面相接触的唯一部件，车辆许多重要特性都轮胎力学特性有着密切的关系。所以，轮胎与路面之间的相互作用研究对分析车辆的安全行驶有着至关重要的作用。本文是利用ABAQUS 有限元软件对轮胎和路面之间相互作用进行有限元研究。在有限元建模过程中，轮胎结构中不可压缩的橡胶材料采用是neo-Hookean材料模型、帘线-橡胶复合材料则用Rebar膜单元来模拟。为了能够真实反映实际情况，在本文中考虑了轮胎结构几何非线性、材料非线性以及接触非线性。在此基础上，首先利用ABAQUS软件的隐式算法，分析计算了轮胎静态力学特性。通过轮胎结构在充气工况和静载荷接触工况模拟，着重分析了轮胎内部骨架结构以及橡胶材料的受力变形情况。然后，本文在分析轮胎与路面之间的附着机理的基础上，利用ABAQUS软件建立滚动轮胎有限元模型。考虑惯性效应，通过控制轮胎平动速度和转动角速度，仿真分析轮胎在陡坡路面上滚动，得出轮胎纵向力和接地印迹与滑移率之间的关系。最后，模拟轮胎在急弯路段发生侧偏，得出了侧向摩擦力与侧偏角的关系。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-14
  1.1 问题的提出及研究意义  7-8
  1.2 国内外研究现状  8-12
    1.2.1 轮胎理论研究发展综述  8-10
    1.2.2 轮胎-路面相互作用研究进展  10-12
  1.3 论文研究的主要内容  12-14
第二章有限元分析基础理论介绍  14-32
  2.1 有限元分析方法  14-15
    2.1.1 有限元法介绍  14
    2.1.2 有限元法在计算机中的应用  14-15
  2.2 ABAQUS 有限元软件  15-18
    2.2.1 ABAQUS 软件简介  15-17
    2.2.2 ABAQUS 软件中实体单元的应用  17-18
  2.3 接触面的相互作用  18-21
    2.3.1 接触面的法向作用  18
    2.3.2 接触面的滑动和摩擦  18-19
    2.3.3 接触算法  19-21
  2.4 有限元分析中的非线性理论  21-26
    2.4.1 材料非线性理论  21-22
    2.4.2 几何非线性理论  22-23
    2.4.3 接触非线性理论  23-25
    2.4.4 非线性方程组解法  25-26
  2.5 有限元理论数学模型  26-31
    2.5.1 有限元基本控制方程  26-28
    2.5.2 有限元离散模型  28-29
    2.5.3 载荷、初始条件以及边界条件处理  29-31
  2.6 本章小结  31-32
第三章基于 ABAQUS 的轮胎与路面有限元模型建立  32-50
  3.1 轮胎结构的组成  32-34
  3.2 轮胎的材料特性  34-38
    3.2.1 橡胶材料  34-36
    3.2.2 帘线-橡胶复合材料  36-38
  3.3 轮胎有限元模型的建立  38-48
    3.3.1 二维轮胎有限元模型的建立  39-44
    3.3.2 三维轮胎有限元模型的建立  44-48
  3.4 路面有限元模型的建立  48-49
  3.5 本章小结  49-50
第四章轮胎静态力学特性有限元研究  50-58
  4.1 轮胎充气工况有限元分析  50-54
    4.1.1 简化边界条件  50-51
    4.1.2 轮胎充气工况有限元模拟  51-52
    4.1.3 计算结果分析  52-54
  4.2 轮胎静载荷接触工况有限元分析  54-57
    4.2.1 静载荷加载方式  54
    4.2.2 静载荷接触工况有限元模拟  54-55
    4.2.3 计算结果分析  55-57
  4.3 本章小结  57-58
第五章轮胎在陡坡急弯路面滚动有限元研究  58-79
  5.1 车辆行驶受力特性分析  58-60
    5.1.1 车辆在陡坡路段行驶受力特性分析  58-59
    5.1.2 车辆在弯道路段行驶受力特性分析  59-60
  5.2 轮胎与路面的附着机理  60-62
    5.2.1 附着系数的定义  60-61
    5.2.2 弹性滑移现象  61
    5.2.3 侧向附着分析  61-62
  5.3 ABAQUS/Standard 模拟轮胎滚动的方法  62-64
    5.3.1 稳态传输分析简介  62
    5.3.2 滚动轮胎有限元模型的设置  62-63
    5.3.3 接触条件的定义  63-64
  5.4 轮胎在陡坡路段滚动有限元分析  64-68
    5.4.1 轮胎充气以及静荷载有限元模拟  64-66
    5.4.2 轮胎转动半径的定义  66-67
    5.4.3 轮胎滚动工况转换有限元模拟  67
    5.4.4 临界转动角速度以及有效转动半径的获得  67-68
  5.5 轮胎在陡坡路段纯纵滑有限元分析  68-73
    5.5.1 滑移率的定义  68-69
    5.5.2 纵向摩擦力与滑移率的关系  69-71
    5.5.3 接地特性分析  71-73
  5.6 轮胎在急弯路段侧偏有限元分析  73-78
    5.6.1 侧偏现象、侧偏角以及侧偏刚度的定义  73-74
    5.6.2 轮胎侧偏工况有限元模拟  74-77
    5.6.3 接地特性分析  77-78
  5.7 本章小结  78-79
第六章结论与展望  79-81
  6.1 结论  79-80
  6.2 展望  80-81
致谢  81-82
参考文献  82-84
附录 A  84-92
在学期间发表的论著及取得的科研成果  92

轮胎与陡坡急弯路面相互作用的有限元研究

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