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非充气轮胎的高速振动仿真分析

非充气轮胎的高速振动仿真分析

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作者：梁政北京化工大学

学位级别：硕士

非充气轮胎是近年来出现的一种新型轮胎,与传统充气轮胎相比,其不会发生爆胎且具有改善车辆操控性、抓地力、舒适性的能力,滚动阻力也较小,具有很大的发展潜力。高速工况下的振动问题是非充气轮胎发展面临的主要问题之一。本文基于有限... 详细信息

非充气轮胎是近年来出现的一种新型轮胎,与传统充气轮胎相比,其不会发生爆胎且具有改善车辆操控性、抓地力、舒适性的能力,滚动阻力也较小,具有很大的发展潜力。高速工况下的振动问题是非充气轮胎发展面临的主要问题之一。本文基于有限元分析方法和信号分析理论,对非充气轮胎的高速振动特性进行研究,主要研究内容和成果如下:(1)建立了TWEEL非充气轮胎的动态有限元仿真模型和仿真流程,通过获取关键部件辐条的三个测点的振动信号和地面反作用力的振动信号,并利用FFT技术来分析其幅频特性。结果表明:TWEEL辐条的振动以中间节点为界上下具有对称性,中部振动最弱,离中间节点的距离越远,振动越强;其地面反作用力频谱形成一个低频泛音,解释了轮胎部分噪音的成因;对于包含载荷因素的四个辐条参数改进L8正交实验,平均值响应表和信噪比响应表均表明对于辐条振动的影响程度从大到小依次是辐条曲率,辐条长度,Inner-De Rad,Outer-De Rad。(2)建立了与TWEEL非充气轮胎相同外缘尺寸、相同轮毂尺寸和垂向刚度值接近的uptis非充气轮胎模型,对两种轮胎的高速振动特性进行了比较。结果表明:对于辐条三个测点的振动频谱,高速滚动时uptis几乎不会产生高频率的振动,而TWEEL的高频振动明显,振幅峰值较高;对于地面反作用力振动频谱,uptis只有一个特征频率,而TWEEL有多个特征频率,表明TWEEL与uptis相比在高速滚动过程中更易发生振动;不同载荷下两种轮胎辐条振动频谱的比较看出,从低速到高速变化过程中uptis的振动幅值始终维持在一个较低水平,而TWEEL振动的特征频率和幅值对载荷的变化非常敏感,转速增大会使得振幅峰值增大,特征频率向高频移动,路面上压载荷的增加会增大振幅峰值,但不会影响特征频率;不同载荷下两种轮胎地面反作用力振动频谱的比较看出,随着转速的提高两种轮胎的振动幅值均急剧增加,特征频率不变,但在特征频率数量上uptis比TWEEL少。以上结果表明uptis的振动特性更优。(3)运用正交实验法探究了uptis辐条曲率半径、辐条张角和辐条厚度三个参数对于轮胎垂向刚度和辐条振动的影响,并确定最优参数组合。结果表明:对于轮胎垂向刚度和辐条振动,三个参数对其影响的规律相同,即辐条张角的影响最大,辐条厚度次之,辐条曲率半径较小,三个参数之间存在交互作用,辐条曲率半径和辐条张角、辐条张角和辐条厚度之间存在协同作用,辐条曲率半径和辐条厚度之间为反协同作用。正交实验优化确定的最优辐条参数组合为:辐条曲率半径20mm,辐条张角110°,辐条厚度10mm。(4)采用基于遗传算法的BP神经网络对uptis辐条参数进行多目标优化。结果表明:BP神经网络优化结果与正交实验优化结果相比,轮胎的垂向刚度降低5.8%,辐条测点的最大振幅峰值降低27%。在满足轮胎垂向刚度要求的情况下,辐条测点的最大振幅峰值下降较大,优化结果有效。最终确定的参数组合为:辐条曲率半径25mm,辐条张角110°,辐条厚度9mm。

关键词：非充气轮胎高速振动 uptis轮胎轮辐结构 TWEEL轮胎轮辐结构有限元仿真

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