機械彈性車輪是一種新型的非充氣安全車輪,它利用彈性結(jié)構(gòu)代替普通輪胎的充氣彈性。在實現(xiàn)普通輪胎基本性能的同時,使車輪不出現(xiàn)扎破、爆胎等安全隱患。車輪的振動特性將直接影響整車的平順性、舒適性和噪聲。利用有限元的方法研究輪胎的模態(tài)特性,將是輪胎設(shè)計師的一個非常重要的工具,它將有助于輪胎材料的選擇,可以更加高效的優(yōu)化輪胎尺寸并且更好的與車輛匹配。另外,模態(tài)特性對輪胎的影響也將是汽車工程師們優(yōu)化懸架系統(tǒng)和車輪以及降低噪聲的第一步。本文針對課題組研究的機械彈性車輪,采用有限元方法結(jié)合LMS試驗設(shè)備對車輪的靜態(tài)模態(tài)及其影響因素進(jìn)行研究,在此基礎(chǔ)上,利用模態(tài)分析的方法對車輪的損傷進(jìn)行識別,為車輪結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)檢測提供一定的支持,同時計算了滾動狀態(tài)下機械彈性車輪的共振頻率,了解轉(zhuǎn)速對車輪共振頻率的影響規(guī)律,從而得到滾動狀態(tài)下機械彈性車輪的模態(tài)特性。為優(yōu)化車輪的結(jié)構(gòu)與匹配整車提供了重要參考依據(jù)。主要研究內(nèi)容如下:(1)系統(tǒng)的介紹了機械彈性車輪的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,對車輪的承載方式和承載變形進(jìn)行分析。敘述了車輪有限元模型的建立過程。最后利用靜態(tài)加載試驗來驗證有限元模型的精度,為后面的仿真分析奠定基礎(chǔ)。(2)利用所建立的有限元模型對車輪進(jìn)行靜態(tài)模態(tài)分析,獲得車輪的固有頻率及振型。并且研究了機械彈性車輪的材料參數(shù)(彈性模量、密度)對車輪模態(tài)的影響,機械彈性車輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)(0輪結(jié)構(gòu)、布置鉸鏈組的方式、鉸鏈組長度)對車輪模態(tài)的影響,最后利用正交試驗法進(jìn)行模態(tài)仿真,確定對車輪的一階固有頻率影響水平,為機械彈性車輪振動特性的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供一定的參考。(3)介紹了試驗?zāi)B(tài)分析的基本理論知識即實模態(tài)理論、模態(tài)試驗儀器和設(shè)備和機械彈性車輪模態(tài)試驗過程。通過有效地組織試驗,研究了支承方式、載荷、不同激振力幅對輪胎模態(tài)參數(shù)的影響規(guī)律,獲得不同試驗條件下車輪的模態(tài)參數(shù)。通過模態(tài)頻率和振型相關(guān)性分析,來進(jìn)一步對模型的精度和試驗的有效性進(jìn)行驗證。(4)介紹了關(guān)于損傷的基本理論,通過機械彈性車輪疲勞仿真試驗和裝車試驗來確定車輪危險區(qū)域的位置。利用頻率變化、振型變化、模態(tài)應(yīng)變能方法來進(jìn)行車輪的損傷識別。結(jié)果表明:利用模態(tài)分析的方法可以識別出機械彈性車輪結(jié)構(gòu)的損傷,為機械彈性車輪的健康狀態(tài)檢測提供了一定的指導(dǎo)。(5)將穩(wěn)態(tài)滾動下的機械彈性車輪作為研究對象,考慮了由于滾動引起的慣性力效應(yīng),得出轉(zhuǎn)速對于車輪共振頻率的影響規(guī)律和機理。加之在某設(shè)定工況下,由于車輪的結(jié)構(gòu)和材料沒有發(fā)生變化,所以載荷、結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)等關(guān)鍵因素,對靜止?fàn)顟B(tài)下機械彈性車輪模態(tài)特性的影響規(guī)律同樣適用于滾動車輪。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U463.34
【部分圖文】：

時遠(yuǎn)距離技術(shù)類型自密封技術(shù)特制輪輞技術(shù)內(nèi)支撐技術(shù)1. 雙內(nèi)腔型輪胎雙內(nèi)腔型（Double Inner Cavity）輪胎主要在橡膠內(nèi)腔中增添隔膜來達(dá)到雙腔結(jié)構(gòu)[1]。如圖1.1（a）和（b），一旦外腔被扎漏氣，第二層內(nèi)腔還能繼續(xù)提供支撐作用，讓汽車?yán)^續(xù)行駛一段距離。圖（c）可以認(rèn)為有兩個子午線輪胎并排粘結(jié)在一起，當(dāng)一個發(fā)生漏氣時，另一個還能繼續(xù)支撐車輪[6]。圖（d）是雙腔結(jié)構(gòu)的另一種形式[4]。（a）內(nèi)層小輪胎 （b）內(nèi)層隔膜 （c）雙腔室連體 （d）縱向?qū)痈裟D 1. 1 雙內(nèi)腔結(jié)構(gòu)安全輪胎類型示意圖2. 自密封輪胎自密封型（Self-Sealing）輪胎是通過一種特殊的工藝，在輪胎的內(nèi)壁均勻地分批次地噴涂一種高分子薄膜，而且在這層薄膜與橡膠輪胎內(nèi)表面之間的體積填充密封劑[7]。當(dāng)輪胎在工作過程中與尖銳物接觸時，胎內(nèi)密封劑就會在瞬間膨脹，將接觸部位的傷口全方位緊緊封住，防止輪胎漏氣，由于密封過程與刺穿過程幾乎同時進(jìn)行，所以基本不影響汽車正常行駛。如圖 1.2所示為自封閉安全輪胎自封過程[4]。目前，德國大陸輪胎公司、法國米其林輪胎公司、美國固

圖 1. 2 自密封安全輪胎自封原理示意圖3. 自體支撐型輪胎自體支撐（ Self- Supporting）輪胎在胎側(cè)進(jìn)行加厚處理或者是填充了特制的補強件，物使相應(yīng)部件的剛性增大，在輪胎發(fā)生爆胎的情況下，剛性增大的部件也能夠支撐起的重量，同時因為填充物都是抗熱和耐疲勞的，所以輪胎的行駛輪廓也不會由于爆胎高溫而被毀壞。 輪胎的結(jié)構(gòu)原理如圖 1.3 所示。(a)胎側(cè)加強件結(jié)構(gòu) (b)正常工作狀態(tài) (c)非正常工作狀態(tài)圖 1. 3 自體支撐型安全輪胎結(jié)構(gòu)原理示意圖

特異輪胎橡膠公司等輪胎廠商已經(jīng)向汽車制造商提供配套自密封輪胎。但這種輪胎遇到較大孔和爆胎時無法發(fā)揮其自密封效果，而且工藝復(fù)雜成本高，逐漸被淘汰。圖 1. 2 自密封安全輪胎自封原理示意圖3. 自體支撐型輪胎自體支撐（ Self- Supporting）輪胎在胎側(cè)進(jìn)行加厚處理或者是填充了特制的補強件，這填充物使相應(yīng)部件的剛性增大，在輪胎發(fā)生爆胎的情況下，剛性增大的部件也能夠支撐起整車身的重量，同時因為填充物都是抗熱和耐疲勞的，所以輪胎的行駛輪廓也不會由于爆胎后行駛高溫而被毀壞。 輪胎的結(jié)構(gòu)原理如圖 1.3 所示。
【參考文獻(xiàn)】

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1 付宏勛;趙又群;林棻;杜現(xiàn)斌;王強;朱明敏;;胎圈結(jié)構(gòu)參數(shù)對機械彈性車輪接地壓力分布的影響[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2015年17期

2 趙又群;李小龍;張明杰;臧利國;李波;;機械彈性車輪隨機振動理論與數(shù)值分析[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2015年07期

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1 李超;滾動輪胎的模態(tài)特性研究[D];吉林大學(xué);2016年

2 芮棽;結(jié)構(gòu)應(yīng)變模態(tài)參數(shù)識別及損傷識別研究[D];東南大學(xué);2015年

3 尤金艷;基于彎曲與徑向疲勞試驗的鋁合金車輪有限元分析[D];華南理工大學(xué);2013年

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5 黃巖軍;基于輪胎有限元模型的胎體耦合變形研究[D];吉林大學(xué);2012年

6 姚堯藍(lán);基于嵌入式系統(tǒng)的動態(tài)測控信號的采集與調(diào)理研究[D];天津大學(xué);2007年

7 張新亮;基于完備模態(tài)空間的兩階段結(jié)構(gòu)損傷識別方案[D];重慶大學(xué);2007年

本文編號：2859834