汽车轮胎在泥泞路面行驶过程三维有限元计算

汽车高速行驶在淤泥路面上时,由于路面的灰尘、水分、流体性物质会进入胎面花纹当中,降低了轮胎与地面之间的附着系数,使轮胎附着力会随着车速的增加而下降,对于车辆牵引力、操纵性、安全性产生不利影响。 本文利用大型非线性有限元软件MSC.Dytran建立了轮胎-路面三维有限元模型,轮胎选用了低压200KPa和高压300KPa两种内气压的-凹型和V型两种车辙作为轮胎表面花纹,地面则选用了水泥、软土和泥泞路面,考虑了汽车自重载荷,用轮胎的原地自转以及地面的水平运动来模拟的轮胎转动和前行,泥泞路面的淤泥材料近似为流体物质,并用流固耦合算法处理淤泥与轮胎之间的相互作用。 通过仿真计算,得到了200KPa和300KPa两种气压的凹型和V型轮胎在水泥、软土、泥泞水平路面上行驶时轮胎的极限附着力、轮胎打滑车速、附着力随汽车速度的变化曲线。轮胎气压为200KPa时,泥泞路面上V型和凹型轮胎轮胎的最大附着力比水泥路面分别下降50.3%、48.8%,极限车速则分别下降54.1%、51.8%;轮胎气压为300KPa时,泥泞路面上凹型和V型轮胎轮胎的最大附着力比水泥路面分别下降49.4%、47.5%,极限车速则分别下降59%、55.8%。在水泥路面两种轮胎的地面附着力变化下降趋势都不大,在软土路面和泥泞路面上轮胎的附着力下降非常明显,并先后经历了0～30km/h的缓慢下降阶段,30km/h～70km/h的快速下降阶段,以及70km/h～100km/h的稳定变化阶段。当轮胎进入稳定阶段,附着力达到一个稳定值,当进一步提高车速的时候地面已经不能提供更大的附着力驱动车辆前进,轮胎开始打滑。 本文计算结果对设计和改进适应不同路面上行驶的轮胎提供了一定的参考依据。本文在分析当中没有考虑整车的惯性,在未来的研究和工作当中,可以应用本文所建立的轮胎有限元模型,进一步建立整车的模型,并应用更多不同种类的路面,进行更深入的研究。