發(fā)布時間：2017-09-14 19:28

  本文關(guān)鍵詞：胎面橡膠摩擦機(jī)理及復(fù)雜工況下輪胎側(cè)偏特性研究

  更多相關(guān)文章： 橡膠摩擦 復(fù)雜工況 輪胎模型 摩擦分布 預(yù)測 輪胎臺架

【摘要】：輪胎力學(xué)特性對車輛行駛穩(wěn)定性、平順性以及安全性等均有重大影響。而輪胎-路面摩擦特性是研究輪胎力學(xué)特性的關(guān)鍵,復(fù)雜環(huán)境工況和行駛工況下,不同速度、路面及環(huán)境因素等條件下輪胎力學(xué)特性的變化都與摩擦特性密切相關(guān)。由于橡膠摩擦特性研究為交叉學(xué)科,包含了橡膠物理特性材料學(xué)、路面特征統(tǒng)計學(xué)、接觸理論以及工程力學(xué)等等,諸多的因素使得橡膠摩擦機(jī)理的研究一直是當(dāng)前輪胎工程界與學(xué)術(shù)界的難點,亦是亟需解決、極具有挑戰(zhàn)性的課題。然而,目前典型的輪胎模型尚只能表達(dá)單一環(huán)境工況(如單一路面、單一速度等),針對復(fù)雜環(huán)境和行駛工況下的輪胎力學(xué)特性的研究和建模還很不充分。主要體現(xiàn)在以下因素:(1)復(fù)雜工況因素頗多,包含了汽車行駛時的路面條件、氣候等環(huán)境因素和承載、行駛速度等客觀條件;(2)試驗測試的客觀因素,如試驗難度大、周期長、成本高,完全考慮各種影響因素的輪胎試驗幾乎是做不到的;(3)輪胎力學(xué)特性研究為交叉學(xué)科,受材料學(xué)、摩擦學(xué)等影響,這些因素均加大了輪胎力學(xué)特性深入研究的難度。因此研究胎面橡膠的摩擦機(jī)理,并建立考慮輪胎滾動速度及路面等復(fù)雜因素影響、具有表達(dá)精度高、參數(shù)物理意義明確,并具有合理預(yù)測能力的輪胎模型,具有重要的理論和現(xiàn)實意義。因此本文利用分形幾何與接觸力學(xué)等理論,研究胎面橡膠摩擦機(jī)理,并結(jié)合柔性胎體離散胎面建模理論和半經(jīng)驗建模方法,針對不同速度、路面等復(fù)雜工況輪胎力學(xué)特性進(jìn)行相關(guān)理論和試驗研究。主要研究內(nèi)容如下:首先,研究橡膠摩擦機(jī)理,建立胎面橡膠微觀解析摩擦模型。將橡膠的摩擦分別從滯后摩擦和粘性摩擦兩部分進(jìn)行剖析,利用橡膠變形中能量守恒以及分子的表面能相關(guān)機(jī)理,分析研究了粘性、滯后摩擦產(chǎn)生機(jī)理,建立了簡化的摩擦模型,并研究了滯后、粘性摩擦與橡膠復(fù)合模量等的關(guān)系;在此基礎(chǔ)上,利用Persson接觸理論,進(jìn)一步建立了胎面橡膠微觀解析的一般摩擦理論模型,該模型中,包括橡膠的超彈性、粘彈性、時溫轉(zhuǎn)換等物理參數(shù)以及路面的功率譜、分形理論等因素;最后,進(jìn)行了相關(guān)試驗研究與理論模型驗證,該模型中各參數(shù)具有明確的物理意義,便于準(zhǔn)確把握橡膠摩擦力學(xué)特性的宏觀規(guī)律,對濕滑、冷冰路面同樣具有較好的表達(dá)效果,為后文分析輪胎不同速度、路面等因素下的復(fù)雜工況輪胎力學(xué)特性分析提供基礎(chǔ)。其次,建立了考慮微觀橡膠摩擦特性和胎體彈性的復(fù)雜工況下輪胎側(cè)偏精細(xì)理論模型。重點從輪胎路面接觸印跡內(nèi)摩擦應(yīng)力分布的機(jī)理上來分析討論印跡內(nèi)復(fù)雜的胎體胎面的應(yīng)力應(yīng)變、滑移速度、摩擦等分布情況,及對不同速度、路面等因素下輪胎力學(xué)差異的影響分析。根據(jù)輪胎刷子接觸印跡內(nèi)變形機(jī)理,建立了簡化的理論模型,實現(xiàn)了其力學(xué)特性解析表達(dá),結(jié)果表明簡化的理論模型在不同速度、路面等復(fù)雜工況下的力學(xué)表達(dá)有所欠缺。基于此,本文建立了考慮橡膠摩擦特性、胎體彈性的穩(wěn)態(tài)精細(xì)理論刷子模型,分析討論了印跡內(nèi)復(fù)雜的胎體胎面的應(yīng)力、應(yīng)變、滑移速度、摩擦等分布情況,針對印跡內(nèi)的分析,解釋并剖析了幾種典型復(fù)雜工況下輪胎力學(xué)特性的諸多現(xiàn)象,結(jié)果表明該考慮了接觸印跡內(nèi)摩擦特性的精細(xì)理論模型能夠表達(dá)不同速度、路面及冰面不同溫度等復(fù)雜因素對輪胎關(guān)鍵力學(xué)特性的影響。然后,以理論模型為基礎(chǔ),建立了能夠反映車輛復(fù)雜運行工況的Uni Tire實用半經(jīng)驗?zāi)Ｐ��；谇拔乃越⒌目紤]摩擦分布的理論基礎(chǔ)上,引入等效壓力分布與平均摩擦系數(shù)概念,證明了考慮一般摩擦特性的輪胎模型具有與常摩擦系數(shù)時相同的無量綱形式,從而保證了Uni Tire半經(jīng)驗?zāi)Ｐ椭欣碚摽蚣艿恼_性;推導(dǎo)并證明了其同樣具有高階理論邊界條件。建立了考慮微觀解析摩擦模型的不同復(fù)雜工況下Uni Tire擴(kuò)展模型,并通過臺架測試獲取的試驗數(shù)據(jù)對所建立的擴(kuò)展模型進(jìn)行驗證,結(jié)果顯示模型具有很好的表達(dá)能力和精度。最后,分析Uni Tire復(fù)雜工況預(yù)測能力以及輪胎試驗設(shè)備研究。首先分析實現(xiàn)復(fù)雜工況輪胎力學(xué)特性預(yù)測的必要前提條件,然后詳細(xì)介紹了復(fù)雜工況的預(yù)測流程,并從兩部分進(jìn)行了輪胎力學(xué)復(fù)雜工況的預(yù)測,包含可以和難以試驗獲取的復(fù)雜工況預(yù)測。結(jié)果表明以理論模型為框架的Uni Tire復(fù)雜工況的半經(jīng)驗?zāi)Ｐ途哂辛己玫牧W(xué)延展性和預(yù)測能力,在大幅度降低試驗工作量的同時,依然具有較高的預(yù)測精度,另外可以實現(xiàn)臺架難以獲取的、但實際中經(jīng)常遇到的復(fù)雜工況下輪胎力學(xué)特性的預(yù)測表達(dá),具有重要的工程意義。其次,分析了國內(nèi)外輪胎臺架的情況,闡述目前使用較多的A字架結(jié)構(gòu)復(fù)合姿態(tài)運動耦合的現(xiàn)象,基于此采用了新型六自由度結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)沒有復(fù)合姿態(tài)運動耦合,并且具有較高的姿態(tài)控制精度。另外,本文探索性分析了高速輪胎試驗臺的核心技術(shù),對鋼帶的主、被動跑偏進(jìn)行了相關(guān)機(jī)理分析,以及相關(guān)規(guī)律研究,并初步應(yīng)用于實際中,獲得了較好的控制結(jié)果。為該具有國際前沿的科學(xué)技術(shù)設(shè)備進(jìn)行了一定的理論和實踐探索,為獲取更準(zhǔn)確的輪胎力學(xué)特性提供了試驗物質(zhì)條件。本文主要創(chuàng)新點如下:(1)系統(tǒng)深入揭示了橡膠滯后、粘性摩擦的微觀機(jī)理,提出了能夠表達(dá)復(fù)雜因素影響的胎面橡膠微觀解析摩擦模型;(2)建立了考慮接觸印跡內(nèi)摩擦分布的復(fù)雜工況下輪胎精細(xì)的理論模型,從機(jī)理角度解釋并剖析了輪胎在不同速度、路面等復(fù)雜工況下力學(xué)差異性的原因;(3)建立了滿足高階理論邊界條件的變摩擦系數(shù)下Uni Tire無量綱理論擴(kuò)展模型,完善了Uni Tire半經(jīng)驗?zāi)Ｐ驮趶?fù)雜工況下的高精度表達(dá)和預(yù)測能力。
【關(guān)鍵詞】：橡膠摩擦 復(fù)雜工況 輪胎模型 摩擦分布 預(yù)測 輪胎臺架
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U463.341
【目錄】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-20
• 第1章 緒論20-34
• 1.1 研究背景與課題的提出20-22
• 1.2 相關(guān)研究現(xiàn)狀22-31
• 1.2.1 輪胎側(cè)偏力學(xué)特性22-25
• 1.2.2 橡膠路面摩擦機(jī)理研究現(xiàn)狀25-29
• 1.2.3 橡膠摩擦在復(fù)雜工況下的應(yīng)用狀況29-30
• 1.2.4 存在的問題分析30-31
• 1.3 論文研究內(nèi)容與技術(shù)路線31-34
• 第2章 胎面橡膠微觀解析摩擦模型與試驗研究34-70
• 2.1 橡膠摩擦建�；A(chǔ)34-41
• 2.1.1 橡膠的物理特性34-35
• 2.1.2 橡膠的粘彈性35-36
• 2.1.3 橡膠的時溫等效原理36-37
• 2.1.4 路面表面形貌、分形理論及功率譜密度函數(shù)37-41
• 2.2 橡膠摩擦的組成與機(jī)理簡析41-46
• 2.2.1 橡膠的滯后摩擦機(jī)理簡析43-44
• 2.2.2 橡膠的粘性摩擦機(jī)理簡析44-46
• 2.3 基于Persson接觸理論的滯后與粘性摩擦解析模型46-61
• 2.3.1 接觸理論46-49
• 2.3.2 基于Persson接觸理論的摩擦解析模型建立49-52
• 2.3.3 理論解析模型仿真及分析52-56
• 2.3.4 微觀解析模型在潮濕路面應(yīng)用分析56-57
• 2.3.5 微觀解析模型在冰路面的應(yīng)用分析57-61
• 2.4 胎面橡膠摩擦試驗與理論解析摩擦模型表達(dá)能力分析61-68
• 2.4.1 臺架介紹61-62
• 2.4.2 臺架試驗及處理方法62-65
• 2.4.3 試驗結(jié)果分析65-68
• 2.5 本章小結(jié)68-70
• 第3章 考慮橡膠理論摩擦的復(fù)雜工況下輪胎側(cè)偏精細(xì)理論模型70-102
• 3.1 概述70-71
• 3.2 輪胎建�；A(chǔ)及簡化刷子模型71-79
• 3.2.1 輪胎坐標(biāo)系及輪胎的輸入與輸出71-73
• 3.2.2 輪胎接地印跡內(nèi)壓力分布73-75
• 3.2.3 簡化的刷子模型分析75-77
• 3.2.4 復(fù)雜工況下輪胎力學(xué)差異性分析77-79
• 3.3 考慮橡膠理論摩擦與胎體彈性的輪胎精細(xì)理論模型79-87
• 3.3.1 接觸區(qū)域關(guān)鍵因素79-80
• 3.3.2 刷毛滑動過程及滑移速度分析80-81
• 3.3.3 考慮胎體彈性的刷毛滑移速度分析81-83
• 3.3.4 考慮摩擦分布的精細(xì)理論解析模型83-86
• 3.3.5 模型的求解流程86-87
• 3.4 幾種典型復(fù)雜工況的仿真及特性分析87-100
• 3.4.1 印跡內(nèi)胎體胎面單元變形、滑移速度及摩擦系數(shù)分析88-90
• 3.4.2 不同行駛速度下輪胎力學(xué)特性分析90-93
• 3.4.3 不同干燥路面下輪胎力學(xué)特性分析93-96
• 3.4.4 冰面不同溫度下輪胎力學(xué)特性分析96-98
• 3.4.5 胎面膠單元摩擦與輪胎摩擦分析98-100
• 3.5 本章小結(jié)100-102
• 第4章 考慮橡膠理論摩擦UniTire復(fù)雜工況高精度半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?/span>102-132
• 4.1 概述102-103
• 4.2 UniTire模型介紹103-105
• 4.2.1 UniTire建模思想103
• 4.2.2 UniTire半經(jīng)驗?zāi)Ｐ突痉匠探榻B103-105
• 4.3 UniTire模型理論框架的推廣105-114
• 4.3.1 非定常摩擦系數(shù)下UniTire側(cè)偏簡化理論模型106-108
• 4.3.2 高階理論邊界條件108-113
• 4.3.3 滿足高階理論邊界條件的UniTire半經(jīng)驗?zāi)Ｐ头治?/span>113-114
• 4.4 復(fù)雜工況下輪胎UniTire半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?/span>114-128
• 4.4.1 所采用的試驗數(shù)據(jù)114-115
• 4.4.2 側(cè)向力半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?/span>115-123
• 4.4.3 回正力矩半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?/span>123-128
• 4.5 擴(kuò)展UniTire模型表達(dá)精度分析128-129
• 4.6 本章小結(jié)129-132
• 第5章 UniTire復(fù)雜工況預(yù)測能力及輪胎試驗設(shè)備研究132-168
• 5.1 概述132-133
• 5.2 復(fù)雜工況下輪胎力學(xué)特性預(yù)測133-145
• 5.2.1 復(fù)雜工況預(yù)測的基礎(chǔ)133-136
• 5.2.2 預(yù)測方法及流程圖136-137
• 5.2.3 復(fù)雜工況的預(yù)測分類137-138
• 5.2.4 可以試驗獲取的復(fù)雜工況預(yù)測138-141
• 5.2.5 難以試驗獲取的復(fù)雜工況預(yù)測141-143
• 5.2.6 預(yù)測結(jié)果總結(jié)分析143-145
• 5.3 輪胎試驗臺關(guān)鍵技術(shù)研究145-166
• 5.3.1 臺架的運動學(xué)分析及運動耦合現(xiàn)象147-152
• 5.3.2 新型六自由度臺架的姿態(tài)控制及精度152-156
• 5.3.3 高速輪胎臺鋼帶糾偏回正的理論研究及應(yīng)用探索156-164
• 5.3.4 復(fù)雜工況的一些室內(nèi)試驗內(nèi)容164-166
• 5.4 結(jié)論166-168
• 第6章 全文總結(jié)與展望168-172
• 6.1 全文總結(jié)168-170
• 6.2 本文創(chuàng)新點170
• 6.3 研究展望170-172
• 參考文獻(xiàn)172-181
• 攻讀學(xué)位期間取得的科研成果181-183
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與專利181
• 參加的科研工作181-183
• 致謝183-184

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本文編號：851903