解读平衡轮廓轮胎振动模态的有限元分析

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轮胎是汽车的重要部件之一，其力学特性对汽车的行驶性能如操纵稳定性、安全性、平顺性和燃油经济性等都有极为重要的影响。随着汽车工业的发展和消费者对汽车产品要求的提高，轮胎动态特性的研究工作越来越受到重视。传统的解析方法分析轮胎的振动特性时几乎都是将轮胎胎侧简化为弹簧，胎冠当作各向同性材料的圆环来处理，这种分析简化与轮胎的际情况有很大出入，分析结果很难具有工程用价值。近年来采用有限元分析轮胎结构力学成为轮胎研究领域的热点，其中大多是采用A有限元分析软件对轮胎进行模拟分析。有限元分析的具体问题可以到我们网站了解一下，也有业内领域专业的客服为您解答问题，为成功合作打下一个良好的开端！http://www.nataid.com/

本工作以25530R22规格的角平衡轮廓轮胎和传统轮廓轮胎为例，考虑橡胶材料的非线性和不可压缩性及帘线-橡胶复合材料的各向异性等因素，对其进行维非线性有限元模拟仿真分析。边界约束对轮胎的模态参数有明显影响，汽车行驶时需考虑轮辋和路面对轮胎振动的约束，因此本工作主要研究和探讨角平衡轮廓轮胎的模态参数对整车动力学性能的影响。

角平衡轮廓是指以低扁平率的传统轮胎轮廓为基础，通过增大轮胎自由状态下的断面水平轴到胎圈的距离、缩短着合宽度、在胎肩与胎侧的内轮廓处增添高强度、耐高温和耐磨损的支撑块，对轮胎轮廓进行化。

由二维轮胎断面轮廓可以看出，角平衡轮廓轮胎在自由状态下胎面和胎侧区域内的胎体层断面轮廓呈等腰角形，且角形的高角远大于传统轮廓轮胎。当角平衡轮廓轮胎处于标准充气压力工况时，胎肩与胎侧所夹的支撑块不断地受充气压力的挤压，由于支撑块硬度很高，而胎侧胶很软，因此支撑块挤压胎侧变形，使胎侧部位的横向位移增大，而胎冠中心线上的径向位移减小，提高了周向刚性，降低了高速行驶时的能量损失，此时胎冠沿胎面横向被拉直，且胎冠部的胎体帘线呈张紧状态。当角平衡轮廓轮胎承受负荷时，一方面高硬度的支撑块提高了胎侧的刚性；另一方面胎侧不断地被支撑块挤压，使胎冠的胎体帘线被张紧拉直，提高了胎冠的刚性，现了胎冠和胎侧刚度的整体提高，从而使静负荷工况下轮胎的下沉量减小，现翻转力臂的减小和真圆度的逼近，达到降低轮胎滚动阻力的目的。此外，角平衡轮廓轮胎胎冠和胎侧较高的刚度与稳定的角形结构使胎体层断面轮廓在滚动过程中基本不发生变化，提高了轮胎行驶的稳定性；当轮胎处于漏气或零气压状态时，支撑块还起着承受车辆自身重力的作用，从而提高轮胎的安全性能。

轮胎中体单元采用具有近似不可压缩性的超弹性橡胶材料模型表示，考虑各类帘线均为正交各向异性材料，冠带层锦纶帘线、带束层钢丝帘线和胎体聚酯帘线均采用嵌入式单元处理，本研究采用Y模型。支撑块选用线弹性模型，其材料选用具有异耐磨性能、良抗撕裂性能和较高弹性的热固性聚氨酯弹性体。本研究取其杨氏模量为510MP，泊松比为04。

轮辋和路面定义为解析刚体，且胎圈与轮辋为过盈配合，胎圈与轮辋之间和胎面与地面之间的摩擦因数分别设为03和05。在模态分析中，LANCZOS向量直接叠加法是通过生成一组LANCZOS向量对运动方程进行缩减，然后通过求解缩减运动方程的特征值问题得到其特征解。由于该方法具有较理想的计算效率，因此本研究采用LANCZOS向量直接叠加法来求解线性方程组，得出固有频率和相应振型。