轮胎大载荷侧偏特性研究

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1、———————————————————————轮胎大载荷侧偏特性研究———————————————————————StudyonTireCorneringPropertyUnderHighLoadCondition—————————————————————————作者姓名：柳荣盛专业名称：车辆工程指导教师：郭孔辉教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015524年月日摘要轮胎大载荷侧偏特性研究人类社会的发展离不开生产工具的进步，工程车辆作为一种先进的生产工具，在农业生产、道路施工、建筑施工、矿石运输、消防、起重等领域发挥着不可或缺的

2、作用。工程车辆的轮胎作为车辆与路面接触的唯一部件，不但需要支撑整车、缓冲不平路面对车辆的冲击，而且需要传递路面对车辆的各种作用力。然而，与普通轿车轮胎相比，工程轮胎几何尺寸大、充气压力大、承受垂直载荷高、轮胎成本高、轮胎装卸难度大；国内现有的轮胎试验台多针对轿车轮胎或SUV轮胎等尺寸相对较小的轮胎，试验台受限于六分力传感器的量程等原因，使得工程轮胎的试验数据相对缺乏，工程轮胎力学特性的研究还不够完善。如果能够利用现有试验台获取的小载荷试验数据，预测工程轮胎大载荷下的力学特性；不仅能够节省工程轮胎的试验成本，而且可以为商用车整车开

3、发提供精确的大载荷轮胎模型，也是对工程轮胎力学特性研究的丰富和发展。本文基于某款全地面起重机轮胎，侧重对该轮胎大载荷（由于该轮胎正常工作时承受的垂直载荷约在40000N~60000N，明显有别于常见轿车轮胎的承载，对此范围内的垂直载荷称之为大载荷）侧偏特性进行研究。文章基于“理论——预测——试验”的研究思路，主要开展了轮胎侧偏特性理论建模、工程轮胎有限元分析、建立基于UniTire的工程轮胎载荷预测模型以及完成工程轮胎力学特性试验研究等工作。首先，考虑轮胎印迹内任意压力分布和刷毛的侧向变形，建立侧偏工况轮胎理论模型。在对“刷子模

4、型”进行建模和仿真分析后，引入胎体的平移、扭转和弯曲变形，以此提高理论模型的表达精度。该理论模型能够表达印迹长度、压力分布以及胎体弹性对轮胎力学特性的影响，为大载荷轮胎特性的预测以及半经验建模提供理论指导。其次，建立轮胎有限元模型，分析不同载荷条件下轮胎印迹内的变化规律，建立印迹长度随载荷变化的描述方程，从而为预测模型提供准确输入。轮胎接地印迹半长是理论模型的关键因子，随载荷变化明显，对侧偏刚度和回正刚度有重要影响。为了I建立载荷预测模型，需要准确描述垂直载荷对轮胎印迹长度的影响。文中引入有限元模型对轮胎不同载荷下的静态特性和动

5、态特性进行分析，包括接地印迹半长仿真和侧偏工况仿真，不仅提供了不同载荷的虚拟试验数据，而且推进了轮胎有限元模型的发展。然后，根据侧偏理论模型以及印迹长度随垂直载荷变化关系，建立侧偏刚度、回正刚度以及轮胎摩擦特性随垂直载荷变化的预测模型，并嵌入UniTire半经验轮胎模型，形成完整的、适于实际工程应用的载荷预测模型。在对侧偏侧向力和回正力矩的预测结果分析中可以看出，模型预测精度高，预测能力强，在工程实践中具有很高的指导意义。最后，利用六自由度轮胎试验台，开展了工程轮胎力学特性试验研究。轮胎试验台是轮胎力学特性研究中不可或缺的工具，

6、为轮胎力学特性的研究提供了大量试验数据。在进行工程轮胎力学特性试验时，为了不受六分力传感器量程限制，采用改进的六自由度轮胎试验台，完成了工程轮胎侧偏工况试验及研究。关键词：工程轮胎，侧偏特性，轮胎有限元，载荷预测模型，轮胎试验IIABSTRACTStudyonTireCorneringPropertyUnderHighLoadConditionThedevelopmentofhumansocietydependsontheintroductionofadvancedimplements.Engineeringvehicles,a

7、sakindofadvancedproductiontools,playanindispensableroleinagriculturalproduction,roadconstruction,buildingconstruction,ore-transportation,firecontrolandotherfields.Pneumatictireoftheengineeringvehicleistheonlypartthatcontactswiththeground.However,comparedwiththecartir

8、e,theengineeringvehicletirehaslargergeometrysize,biggerinflationpressure,workingunderveryheavyload,themanufacturingcostishigh.Inter