轮胎设计力学.ppt
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1、轮胎设计力学,,第一讲 绪 论 轮胎设计力学的发展、内容、任务 和研究方法,参考资料:充气轮胎性能与结构 P157187;P112,1.轮胎设计力学的发展,经典设计理论解析方法 现代设计理论(第一阶段)引入有 限元分析技术 现代设计理论(第二阶段)引入优化设计的理论和方法,转2,经典设计理论,薄膜理论,Purdy (1928) 网络理论,Hofferberth (1956) 自然平衡轮廓理论,Biderman (1957) 修正的自然平衡轮廓理论,Akasaka (1981) 特点,返 回,特点经典设计理论,优点: 抓住了轮胎结构中的最主要因素,对充气状态的轮胎整体力学特征作出了较恰当的描述,
2、是现代设计理论的基础; 形式上得到了解析解,便于应用 不足: 过于简化(如:不计橡胶受力;不计帘线的变形等),不适合描述结构中的局部力学特征; 仅适用于充气状态,返 回,现代设计理论(第一阶段),最佳滚动轮廓理论RCOT (Rolling Contour Optimization Theory)BS公司(1985) 最佳张力控制理论TCOT (Tension Control Optimization Theory)BS公司(1988) 负载时应变能最小化理论SEMT (Strain Energy Minimization Theory)横滨(1988) 其它设计理论 特点 面临的问题,返 回,
3、最佳滚动轮廓理论RCOT,针对问题:轿车子午胎侧偏时发生“皱曲”现象(高速情况下) 思路:改变断面轮廓形状来提高带束层张力 办法:采用有限元分析技术;减小胎侧部曲率半径,加大胎圈部曲率半径(图12) 效果:改善了轮胎的行驶性能。被誉为“划时代的新设计理论”,返 回,思考题,图11 “皱曲”现象示意图,返回,图12 RCOT轮廓和帘线张力分布,返回,受力特点,思考题,?1 :若进一步减小胎侧曲率半径,增大胎圈部曲率半径,是否会使轮胎性能更加改善? ?2 :RCOT是否适合低断面轮胎? ?3 :还有什么方法可提高带束层张力?,返 回,受力特点,自然平衡轮廓:对子午胎来说,胎体帘线受均匀张力;(斜交
4、胎是胎冠部最大) RCOT轮廓:胎体帘线张力在胎圈部位增大,胎侧部位减小,胎冠部位也减小;带束层张力提高。,返 回,最佳张力控制理论TCOT,针对问题:载重子午胎的耐久性 思路:减小带束层端部和帘布层反包端部的变形 办法:利用有限元分析手段;考虑负载下的偏心效果,控制行驶状态的张力来降低带束层端部变形;利用充气压力来控制轮廓形状,以减小帘布层反包端部的变形(图13、图14) 效果:维持其它原有性能的情况下,大幅度提高了胎圈及带束层的耐久性,返 回,图13 充气后轮廓形状的变化,TCOT,传统轮廓,返回,(两者初始形状不同,充气后形状接近),图14 充气时胎圈部位的变形,返回,TCOT,传统轮廓
5、,负载时应变能最小化理论SEMT,针对问题:钢丝载重子午胎的耐久性 思路:承载状态下力求同时减小带束层端部和胎体帘布层反包端部的应变能 办法:采用非线性有限元分析手段,得到了合适的轮廓形状(图15)以及四项新技术(图16、图17) 效果:降低了应变能;提高了耐偏磨性能和操纵稳定性,返 回,图15 SEMT轮廓形状,图16 SEMT的四项新技术,返 回,1带束层新结构 2直线型胎侧 3肩部条形花纹 4耐疲劳胶料,返回图19,图17 SEMT的带束层新结构,返回,其它设计理论,动态模拟最佳轮廓理论DSOC、DSOC-S(用于轿车)和动态稳定性最佳接地面理论DSOC-T东洋公司 PSP(1987)、
6、PSP-F理论住友公司 轮胎综合技术理论(I理论)大津公司 最佳应力应变周期设计理论CSSOT前苏联(1988),返 回,特点现代设计理论(第一阶段),要借助于有限元分析技术; 提出了非平衡轮廓形状设计理论,但仍需要利用平衡轮廓理论作初步设计; 超出了形状设计的范畴,可以考虑更多的设计因素,如局部构件的结构形式、不同部位选用不同性能的材料等;,未完,见下页,(续上页),可考虑各种工况下的轮胎载荷; 可对局部性能进行改进设计; 可针对性地根据使用要求设计出不同性能的轮胎; 拓宽了轮胎结构设计的空间; 不具有普适性,难以掌握 不能完全代替轮胎实验,但可以减少轮胎试验,缩短产品开发的周期。,返 回,
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