● 摘要
研究轮胎在不同使用条件下的力学场和温度场，并对滚动轮胎气压和胎体最高温度值进行预测和报警，对于指导轮胎结构设计和安全行驶具有重要的意义。本文的主要研究内容如下： 开发了AutoCAD与ANSYS之间图形数据转换接口程序。对AutoCAD图形进行规范化处理，实现AutoCAD与ANSYS之间的无缝读写，完善了从材料分布图到分析模型的转换。程序可实现二维轮胎断面模型的自动划分，实现了对轮胎分析的流程化和规范化。 推导了由从材料主轴方向坐标系转到任意方向坐标系的转换公式，实现了从材料主轴方向到任意方向的刚度矩阵转换，为二维模型材料特性的求解奠定了基础。建立轮胎二维有限元模型，分析了充气后轮胎变形和应力应变分布特点。利用三维断面模型获得轮胎局部力学场信息，分析了帘布端点处等易发生破坏部位的剪应力变化状况。建立四分之一全胎模型，研究了不同工况下轮胎接地面内接地压力、摩擦力以及滑动距离的分布规律，为在设计阶段调整轮胎外轮廓实现压力分布均匀提供了指导。 按照正交试验法设计台架试验研究不同工况下滚动轮胎不同部位的稳态温度。建立了联系轮胎力学场和温度场的单元损耗应变能数学模型，用于计算轮胎生热率。计算了不同工况下温度场分布。温度场分析对指导轮胎结构设计和配方设计具有重要意义。 在轮胎稳态温度场数值分析和试验基础上，提出了胎肩最高温度与各主要影响因素之间关系的数学模型，预测滚动过程中轮胎胎肩部最高温度，为轮胎安全智能监测系统温度报警阈值的合理确定奠定基础，具有一定的理论价值和应用价值。 采用均匀法设计实验方案，研究了轮胎在不同工况下的胎压变化规律，建立了滚动轮胎胎压与主要影响因素之间关系的线性公式，预测轮胎滚动过程中稳定气压值，对确定滚动过程中轮胎报警下限阈值具有重要的参考意义。均匀法设计实验方案为多因素水平值变化范围较大的轮胎台架试验探索了新的试验方法。 研制了轮胎智能安全监测系统。编制专用的数据算法实现数据采集和信号发射的有效性和可靠性，消除胎压瞬间波动等干扰现象。关键词：轮胎，有限元，力学场，温度场，正交试验法，均匀设计法，监测系统