轮胎滚动阻力及稳态滚动温度场的研究

轮胎滚动时的滞后损失及其与路面摩擦产生的损耗构成了轮胎的滚动阻力,同时损耗的能量以热的形式释放,使其工作温度上升,这直接影响轮胎的使用寿命和汽车能耗。因此,研究轮胎滚动阻力及温度分布,对于企业合理设计轮胎结构及胶料配方,用户合理使用轮胎以减低功率损失,减少交通事故,提高行车安全等诸多方面都是很有必要的。 本文以Abaqus软件为平台,材料性能参数为实验基础,轮胎红外实测温度场为对照,应用有限元分析技术对11R22.5规格轮胎的滚动阻力及稳态滚动温度场的建模方法及计算结果进行了讨论与分析。 首先,对轮胎各部位胶料进行单向拉伸、平面拉伸(纯剪切)、等容积压缩三种基础实验,选择合适的材料本构关系对应力应变曲线进行拟合。选择合理的测试方法获取轮胎各部位胶料的tgδ、导热系数、比热、密度等动态力学性能参数和热性能参数。 依据半耦合的思想,将滚动阻力及温度场分析分为三步。首先应用Abaqus有限元软件建立轮胎结构分析模型,完成轮胎装配、充气、静载荷、稳态滚动分析。其次,应用傅里叶变换的方法,用FORTRAN语言编制程序,计算出轮胎滚动阻力及生热率。最后,对Abaqus软件进行二次开发,通过软件提供的HETVAL用户子程序来定义内热源,并建立轮胎温度场分析模型,对于轮胎外表面应用对流换热边界条件,对流换热系数采用反演的方法,内表面应用与内腔空气的热传导方式。 研究了带束层角度、帘线密度、不同tgδ的胎面胶对轮胎滚动阻力及温度场分布的影响,重点考察了对带束层端点和胎体反包端点部位的影响。分析结果表明随着带束层角度和帘线密度的增加轮胎总体滚动阻力降低,但对轮胎各部位胶料滚动阻力的影响趋势则各不相同。胎面胶对滚动阻力的影响明显,滚动阻力的变化与滞后损失角并不是呈简单的线性变化,其值还与胶料的应力应变相关。带束层施工参数虽对轮胎最高温度影响不大,但随着带束层角度的增加胎肩温度增加明显。胎面胶对温度场影响明显,但温度场的变化并不与滞后损失角呈相同趋势。