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轮胎地面接触变形分析与试验研究

作　者: 柳和玲
导　师: 师帅兵
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 轮胎地面接触变形有限元分析
分类号: U463.341
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

轮胎作为连接车辆与地面之间的唯一部件，它与地面间的接触变形是影响车辆行驶阻力与通过性能的重要因素。轮胎与地面接触变形的研究对减小车辆行驶阻力，增加车辆附着性能有重要作用，进而为车辆性能的改进及新型行走机构的设计制造提供了重要的参考依据。本文以常用的小型拖拉机7.50-16驱动轮胎作为研究对象，采用计算机数值模拟与试验相结合的方法对轮胎与地面静态工况下的接触变形进行了ANSYS有限元分析及试验研究。利用Pro/E软件建立了轮胎与地面的接触模型，通过Pro/E与ANSYS软件的接口建立了轮胎与地面接触的三维有限元模型，并对接触模型的正确性进行了验证分析，结果表明轮胎在充气工况下的变形以及地面在一定载荷作用下的变形均符合一般变形规律，证明该模型能够正确反映轮胎与地面的接触。分别在不同硬度的地面上对轮胎进行了不同气压和不同静态载荷时与地面的接触变形试验，试验结果表明在混凝土地面上气压一定时轮胎变形与载荷成线性关系，载荷一定时轮胎变形与气压成对数关系；在模拟留茬地硬度的软地面上250kPa气压时轮胎与地面的接触变形比100kPa气压时的接触变形小；在模拟已耕地硬度的软地面上250kPa气压时轮胎与地面的接触变形比100kPa气压时的接触变形大。建立了混凝土地面上轮胎变形量与气压、载荷之间的回归方程，运用该方程可以预测轮胎的变形量。选定部分试验数据反馈到接触模型中并进行分析，由数值分析结果和试验结果对比可知模型计算结果与试验结果误差在10%以内，基本满足要求，证明该模型可以用来模拟轮胎与地面的接触变形。有限元接触模型的建立可以简化研究过程，缩短研究周期，为研究轮胎与地面的接触变形提供了一种可行的新的研究方法，而且可以用来预测轮胎与地面接触变形，为车辆性能的改进及设计制造提供了重要的参考依据。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-18
  1.1 研究的目的和意义  10-11
  1.2 轮胎的结构与功能  11
  1.3 轮胎分析理论  11-13
  1.4 国内外研究现状  13-15
  1.5 有限元在轮胎研究中的应用  15-16
  1.6 研究内容及技术路线  16-18
    1.6.1 研究内容  16-17
    1.6.2 技术路线  17-18
第二章轮胎有限元模型的建立  18-30
  2.1 有限元法及 ANSYS 软件介绍  18-20
  2.2 轮胎的非线性特点  20-21
  2.3 轮胎断面图的绘制  21-22
  2.4 轮胎有限元模型的建立  22-29
    2.4.1 三维实体模型的建立  22-23
    2.4.2 Pro/E 与 ANSYS 软件的接口  23-24
    2.4.3 确定单元类型及材料属性  24-27
    2.4.4 充气状态变形分析  27
    2.4.5 求解分析  27-29
  2.5 本章小结  29-30
第三章轮胎地面接触模型的建立  30-38
  3.1 轮胎地面接触模型  30-33
    3.1.1 轮胎地面接触特点分析  30-31
    3.1.2 轮胎地面接触模型的建立  31-33
  3.2 建立接触对  33-35
  3.3 模型验证分析  35-37
    3.3.1 硬地面轮胎变形接触模型验证  35-36
    3.3.2 软地面下陷接触模型验证  36-37
  3.4 本章小结  37-38
第四章硬地面轮胎变形试验  38-45
  4.1 试验目的  38
  4.2 试验设备与仪器  38
  4.3 试验方案与方法  38-40
    4.3.1 试验方案  38-39
    4.3.2 试验方法  39-40
  4.4 数据处理及结果分析  40-43
    4.4.1 试验结果  40-41
    4.4.2 结果分析  41-43
      4.4.2.1 数据分析软件介绍  41
      4.4.2.2 结果分析  41-43
  4.5 本章小结  43-45
第五章软地面下陷试验  45-50
  5.1 土壤预处理及试验方法  45-46
    5.1.1 土壤预处理  45-46
    5.1.2 试验方法  46
    5.1.3 试验仪器  46
  5.2 试验及试验结果  46-49
    5.2.1 土壤硬度测量  46-47
    5.2.2 土壤容重及含水量测量  47-48
    5.2.3 土壤下陷量测量  48-49
  5.3 本章小结  49-50
第六章接触模型的验证分析  50-60
  6.1 反馈参数的确定  50
  6.2 有限元分析与试验结果对比  50-59
    6.2.1 硬地面轮胎变形分析结果  50-55
    6.2.2 软地面下陷分析结果  55-59
  6.3 误差分析  59
  6.4 本章小结  59-60
第七章结论和展望  60-62
  7.1 结论  60
  7.2 展望  60-62
参考文献  62-66
附录 1 试验照片  66-67
附录 2 试验数据记录  67-72
致谢  72-73
作者简介  73

轮胎地面接触变形分析与试验研究

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