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基于ABAQUS的积水路面轮胎滑水性能研究

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江苏理工学院学报 2024年第2期30卷 93-105页

作者：过锦飞李波贝绍轶张兰春胡少峰 Walid Daoud 胡梦丹江苏理工学院汽车与交通工程学院江苏常州213001 清华大学苏州汽车研究院江苏苏州215131 北汽重型汽车有限公司江苏常州213003 香港城市大学材料工程与科学学院中国香港999007

随着道路交通网络的不断发展,行车安全已经成为当今社会关注的焦点之一。特别是在恶劣天气条件下,如:雨天,车辆在积水路面上高速行驶时,由于动水升力的存在,很容易出现“滑水”现象,从而导致事故的发生。文章深入分析了轮胎在积水路面... 详细信息

随着道路交通网络的不断发展,行车安全已经成为当今社会关注的焦点之一。特别是在恶劣天气条件下,如:雨天,车辆在积水路面上高速行驶时,由于动水升力的存在,很容易出现“滑水”现象,从而导致事故的发生。文章深入分析了轮胎在积水路面上的滑水性能,以提高车辆的行驶稳定性和安全性。首先,使用ABAQUS建立205/55R16子午线轮胎有限元模型,并且对其进行了静力学分析。接着,基于流固耦合方法,构建了一个包含轮胎、水层和路面的复杂耦合模型。在这个模型中,考虑了轮胎充气压力、水层厚度、轮胎垂向负载以及胎面磨损4个关键因素。有限元模拟分析结果表明,轮胎充气压力和垂向载荷的增大都会导致车辆在积水道路上的极限滑水速度增大;相反,胎面磨损和水层厚度的增大,则会导致车辆在积水道路上的极限滑水速度减小。其中,充气压力对滑水性能影响较大,相同条件下,车辆的极限滑水速度从1.7 bar下的72.43 km/h上升到了2.9 bar下的102.23 km/h。所以,雨天适当增大轮胎充气压力更有利于车辆行驶安全。

关键词： ABAQUS 轮胎有限元流固耦合轮胎滑水

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基于流固耦合的轮胎花纹滑水性能研究

重庆理工大学学报（自然科学） 2024年第1期38卷 9-19页

作者：李波高陈诚贝绍轶刘涛林棻殷国栋无江苏理工学院汽车与交通工程学院江苏常州213001 通用装备研究所北京102202 清华大学苏州汽车研究院江苏苏州215200 南京航空航天大学能源与动力学院南京210016 东南大学机械工程学院南京210096

以205/55 R16型号轮胎为研究对象,基于Abaqus CEL流固耦合方法构建轮胎滑水有限元模型。将模拟得到的轮胎垂直刚度与实验数据进行对比,验证轮胎模型可靠性的前提下,优化欧拉域,更好地捕捉并分析轮胎滑水时水流印迹特征。结合NASA经验公... 详细信息

以205/55 R16型号轮胎为研究对象,基于Abaqus CEL流固耦合方法构建轮胎滑水有限元模型。将模拟得到的轮胎垂直刚度与实验数据进行对比,验证轮胎模型可靠性的前提下,优化欧拉域,更好地捕捉并分析轮胎滑水时水流印迹特征。结合NASA经验公式评估模拟得到的临界滑水速度,验证轮胎滑水模型可靠性,分析不同充气压力和水膜厚度对轮胎临界滑水速度的影响。通过引入V型横向花纹和增加F1 Nose结构优化轮胎花纹结构,验证花纹沟槽子模型优化合理性,对比优化前、后轮胎临界滑水速度和水流压力。结果表明:此优化方法能有效提高轮胎的滑水性能。

关键词：轮胎滑水流固耦合优化欧拉域临界滑水速度结构优化

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基于联系云的飞机轮胎滑水风险可拓评价模型

北京航空航天大学学报 2023年

作者：李岳周则圆蔡靖中国民航大学交通科学与工程学院

针对飞机轮胎滑水问题影响因素多，评价指标具备随机模糊与离散性特征问题，本文基于联系云可拓理论建立滑水风险评价模型，定量描述滑水评价指标在不同分类等级之间的转换态势。根据评价指标分级标准确定联系云数字特征，生成有限区间... 详细信息

针对飞机轮胎滑水问题影响因素多，评价指标具备随机模糊与离散性特征问题，本文基于联系云可拓理论建立滑水风险评价模型，定量描述滑水评价指标在不同分类等级之间的转换态势。根据评价指标分级标准确定联系云数字特征，生成有限区间内联系云，由云相关度构建联系云可拓矩阵，结合变权权重综合评定最终风险等级，表征待评价物元与风险等级之间的动态联系；依托飞机轮胎滑水流固耦合仿真获得案例分析数据，弥补经典滑水试验工况变量条件少的不足。分析结果表明：传统正态云模型与可拓联系云模型对滑水事件样本1和样本3评价结论一致；对于样本2由本文方法计算滑水风险等级为Ⅲ级，同等参数条件下风险控制标准更严格，上述样本风险评价置信因子均小于0.01，评价可信程度较高；本文分析模型为多重不相容指标的随机模糊及不确定性分析提供了可能，克服了正态云模型无法有效模拟指标在有限区间内分布的缺陷。

关键词：轮胎滑水联系云可拓理论流固耦合风险评价

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基于弹流润滑的轮胎滑水性能研究

机械设计与制造 2022年第12期 52-57,63页

作者：张丽霞张文彩潘福全冯停青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520

为了探索湿滑路面上影响轮胎滑水的相关因素,基于弹流润滑理论,运用多重网格法求解轮胎滑水模型的雷诺方程和水膜厚度方程,通过FORTRAN软件得到车速和载荷分别对水膜厚度和流体压力的影响。结果表明:湿滑路面速度增加时,水膜厚度增厚,... 详细信息

为了探索湿滑路面上影响轮胎滑水的相关因素,基于弹流润滑理论,运用多重网格法求解轮胎滑水模型的雷诺方程和水膜厚度方程,通过FORTRAN软件得到车速和载荷分别对水膜厚度和流体压力的影响。结果表明:湿滑路面速度增加时,水膜厚度增厚,动水压力变小,轮胎下的液体不易排出,轮胎的滑水性能增强,抗滑水性能减弱;载荷增加时,水膜厚度变薄,动水压力变大,轮胎下的液体容易流出,轮胎的抗滑水性能增强。得出的结果符合弹流润滑特性理论,完善了轮胎滑水的理论模型,为轮胎改良设计提供参考。

关键词：轮胎滑水水膜厚度弹流润滑理论多重网格法

轮胎滑水机理在钢带式高速轮胎试验台上的应用

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吉林大学学报（工学版） 2016年第1期46卷 1-7页

作者：杨一洋许男郭孔辉陈平吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室长春130022

将轮胎的动力滑水的机理应用在钢带式高速轮胎试验台,来实现试验台轮胎台架的水润滑止推平面轴承(简称水轴承)在高速滑移时的润滑。建立了包含Reynolds方程、膜厚方程、变形方程的线接触弹流方程,通过数值迭代计算的方法,仿真出轮胎接... 详细信息

将轮胎的动力滑水的机理应用在钢带式高速轮胎试验台,来实现试验台轮胎台架的水润滑止推平面轴承(简称水轴承)在高速滑移时的润滑。建立了包含Reynolds方程、膜厚方程、变形方程的线接触弹流方程,通过数值迭代计算的方法,仿真出轮胎接触的钢带与纯净水流固耦合的水膜厚度、压力分布曲线,并仿真出一定膜厚下完全滑水的临界车速与胎压的曲线。在临界速度以下,通过水轴承静压来实现水膜的形成。结果表明,与NASA轮胎滑水的速度压力曲线相比,高速轮胎试验台成功地在更低的速度下实现完全水滑。

关键词：车辆工程轮胎试验台架弹流动力润滑轮胎滑水流固耦合

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沟槽微结构对轮胎滑水性能的影响研究与优化

沟槽微结构对轮胎滑水性能的影响研究与优化

作者：孟辉山东理工大学

学位级别：硕士

轮胎滑水一直是威胁车辆在湿滑路面行驶安全性的重要原因之一。雨天条件下,路面积水持续冲击胎面,削弱了轮胎与路面的附着能力,引起“滑水现象”。作为车辆接地的直接部位,轮胎的滑水会导致车辆发生侧滑、失去方向控制等危险工况。沟槽... 详细信息

轮胎滑水一直是威胁车辆在湿滑路面行驶安全性的重要原因之一。雨天条件下,路面积水持续冲击胎面,削弱了轮胎与路面的附着能力,引起“滑水现象”。作为车辆接地的直接部位,轮胎的滑水会导致车辆发生侧滑、失去方向控制等危险工况。沟槽减阻理论和仿生学原理为缓解轮胎滑水问题产生的影响提供了新的研究方法。基于上述理论对轮胎花纹宏观结构进行优化设计,能够有效降低花纹沟动水压力,提升临界滑水速度,从而改善轮胎抗滑水性能。因此,探索非光滑沟槽和仿生微结构在轮胎设计领域的应用,是本课题研究的主要内容。本文对185/60 R15子午线轮胎进行合理简化,建立复杂花纹轮胎模型以及与路面的接触模型,采用径向加载试验对比变形量来验证模型可靠性。基于轮胎接地模型建立CFD滑水模型,采用经验公式验证滑水模型及仿真分析过程的合理性。根据平板沟槽减阻理论,设计不同结构和排列规则的非光滑结构,分别从动水压力、剪切应力、截面湍动能、壁面速度分布等角度,对比不同结构对纵沟排水性能的影响。仿真结果表明,V形沟槽和准周期五重序列分布的沟槽结构减阻效果最佳。基于纵沟底部的最佳沟槽方案,采用SPSS对主要结构参数进行相关性分析。选取影响程度较高的参数进行响应面优化,构建响应面优化模型,产生17组仿真试验方案,确定优化目标,根据拟合方程得到最优方案。进行轮胎滑水模拟,对比优化前后流体域流场特性和轮胎滑水性能,发现优化后的非光滑纵沟轮胎,胎面受到更低的动水压力和流体剪切应力,高速流体区域范围更大,临界滑水速度提升了12.49%,实现了提升轮胎滑水性能的目标。为进一步提升胎面花纹排水能力,结合仿生学原理,在纵沟两侧壁增设仿荷叶结构,采用Comsol和Fluent软件进行浸润性仿真、水流流动仿真和滑水仿真等多种分析方法,综合对比不同仿生微结构对沟槽减阻效果和轮胎滑水性能的提升。结果表明,仿生方案3表面的流体对壁面的浸入和粘附作用较小,表现出较好的疏水特性。同时,该仿生微结构提升沟槽内部流体流速,提升了排水效率,理论上使仿生轮胎临界滑水速度进一步提升了5.42%。与光滑纵沟轮胎相比,底部非光滑结构和侧壁仿生微结构的共同作用使这一数值提升了18.57%。

关键词：轮胎滑水非光滑沟槽仿生微结构响应面优化临界滑水速度

基于道面轮辙分布规律的飞机轮胎滑水风险研究

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基于道面轮辙分布规律的飞机轮胎滑水风险研究

作者：胡宇祺中国民航大学

学位级别：硕士

当前民航运输业快速发展,飞机在污染跑道条件下起降运行情况增多,轮胎滑水发生几率随之增加,国内外对飞机滑水事故的预防研究极为重视。统计数据表明,飞机在积水污染道面起降时的事故风险约为干燥条件下的4倍,近十年内与飞机滑水相关的... 详细信息

当前民航运输业快速发展,飞机在污染跑道条件下起降运行情况增多,轮胎滑水发生几率随之增加,国内外对飞机滑水事故的预防研究极为重视。统计数据表明,飞机在积水污染道面起降时的事故风险约为干燥条件下的4倍,近十年内与飞机滑水相关的事故总量超过382起。污染跑道积水可导致高速滚动轮胎与道面表面失去接触,削弱飞机刹车效用及方向控制力,造成飞机冲偏出跑道等严重后果。以往该领域研究主要关注轮胎滑水仿真与判定条件计算,基于理想化的均匀积水假定得出二元分析结论(即滑水或不滑水),对飞机滑水概率分析及风险量化讨论不足,未考虑由道面横坡及轮辙引起复杂积水环境变化影响,对机场实际运行指导作用有限。对此,本文将道面轮辙变形分布引入道面积水厚度计算,开展飞机轮胎滑水风险分析研究。基于机载记录仪QAR(Quick Access Record)数据提出飞机滑水风险量化指标,将飞机接地滑行过程纳入滑水风险分析范围;建立适应飞机着陆滑行特征的轮胎-积水道面流固耦合仿真模型,考虑有轮辙道面积水分布及飞机接地位置漂移影响;通过一组算例,阐明基于全概率公式的滑水风险量化分析过程。在此基础上,针对飞机滑水风险模糊随机特征,建立基于正态云模型的滑水安全评价分析方法,引入变权理论动态调整权值,考察多种滑水影响因素相对重要程度及状态均衡度,建立轮胎滑水风险等级及划分标准,对某山区多雨机场滑水事件进行实例例证,验证评估模型的可行性和适用性。研究结果表明:1)本文提出的滑水风险量化指标能够对影响因素进行量化分析,以概率形式表示飞机滑水风险;2)基于ABAQUS软件建立的飞机滑水仿真模型考察了道面横坡以及轮辙变形影响,可得出符合实际运行条件的临界滑水速度分布结果;3)综合滑水风险量化指标及飞机接地概率分布提出了滑水风险量化分析方法,探讨了仅横坡的理想道面及带轮辙工作道面的滑水风险概率,分析了轮辙因素对飞机整体滑水风险的影响;4)将变权重-正态云模型引入飞机滑水行为等级评价模型,改进以往二元滑水判断方式,通过综合隶属度计算和风险等级评定,为精细化的机场道面起降运行管理提供参照。

关键词：轮胎滑水轮辙道面风险量化流固耦合正态云模型变权重理论

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基于SPH方法的飞机轮胎滑水仿真分析计算

航空工程进展 2023年第5期14卷 152-161页

作者：肖刘炜刘斌徐绯冯威宋金辉祁旭亮毛聪聪航空工业成都飞机工业(集团)有限责任公司成都610092 西北工业大学航空学院西安710072 西北工业大学第365研究所西安710065

轮胎滑水会导致轮胎与地面之间的摩擦力急剧减小,增加飞机起降距离,进而影响飞行安全,因而需要开展关于飞机轮胎滑水的研究。针对飞机轮胎滑水问题,采用FEM方法建立简化轮胎模型并通过实验进行模型验证,采用SPH方法建立积水模型,进而建... 详细信息

轮胎滑水会导致轮胎与地面之间的摩擦力急剧减小,增加飞机起降距离,进而影响飞行安全,因而需要开展关于飞机轮胎滑水的研究。针对飞机轮胎滑水问题,采用FEM方法建立简化轮胎模型并通过实验进行模型验证,采用SPH方法建立积水模型,进而建立轮胎—积水—道面相互作用的轮胎滑水模型,分析不同影响因素和不同台面构型对轮胎滑水的影响。结果表明:水深越大,轮胎越容易发生滑水,但水深大于6 mm之后,水深对轮胎滑水的影响较小;轮胎速度、胎压、轮载越大,越容易发生滑水;沟槽宽度增加,轮胎滑水速度提高,但稳定性会降低;轮胎磨损越严重,越容易发生滑水;沟槽数量越多,临界滑水速度越大。

关键词：飞机轮胎 SPH方法轮胎滑水流固耦合轮胎沟槽

基于轮胎滑水与摩擦能量耗散的潮湿沥青路面车辆制动行为模拟（英文）

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Journal of Southeast University(English Edition) 2018年第4期34卷 500-507页

作者：刘修宇曹青青陈嘉颖黄晓明东南大学交通学院南京210096

为了研究路表积水对车辆制动性能的影响,提出了一种模拟轮胎滑水和摩擦能量耗散的数值-解析方法.首先,使用耦合欧拉-拉格朗日法建立了包含充气花纹轮胎模型和纹理沥青路面模型的有限元轮胎滑水模型,并获取了不同速度条件下轮胎-路面接... 详细信息

为了研究路表积水对车辆制动性能的影响,提出了一种模拟轮胎滑水和摩擦能量耗散的数值-解析方法.首先,使用耦合欧拉-拉格朗日法建立了包含充气花纹轮胎模型和纹理沥青路面模型的有限元轮胎滑水模型,并获取了不同速度条件下轮胎-路面接触面上摩擦力曲线.通过对车辆制动机理和摩擦能量耗散的分析,提出了基于三阶段制动原理的制动距离计算方法.通过将模拟计算得到轮胎滑水速度和车辆制动距离与实测数据进行对比,验证了建模的精确性.在此基础上,计算了不同条件下的车辆制动距离和湿附着系数.结果显示,较小的水膜厚度、复杂的轮胎花纹、较高的充气压力均有助于改善车辆制动状况,路面纹理的影响在车辆高速行驶时更为明显.研究方法可有效用于预测雨天车辆制动行为.

关键词：轮胎滑水车辆制动距离耦合欧拉拉格朗日法水膜厚度轮胎充气压力轮胎花纹路面纹理