一种新型安全车轮的非线性有限元分析

建立了新型安全车轮的几何模型,说明了车轮构成及基本原理。基于车轮的几何非线性、材料非线性及车轮与地面接触的非线性,建立了车轮的三维非线性有限元模型,用ANSYS软件的非线性分析技术对车轮进行了有限元分析。建模时充分考虑了橡胶材料的超弹性,材料模型采用Mooney-Rivlin橡胶材料。分析了车轮在静态接触、侧倾和侧偏受载3种工况下载荷与变形量的关系,并对车轮应力分布、轮胎接地印迹和接地压力进行了研究,为模拟与分析轮胎行驶性能和车轮的结构设计与优化提供了相关依据。     

带束层对滚动轮胎纵滑特性影响的有限元分析

以子午线轮胎195/60R14为例,建立了轮胎在平面上滚动的三维非线性有限元模型。在模型中考虑了轮胎的几何非线性、材料非线性以及轮胎接触非线性,计算了轮胎在滚动状态下带束层帘线角度对轮胎变形、接地区压力分布、摩擦力分布、带束层应力分布等滚动特性的影响,为轮胎结构设计、振动与噪声分析提供了依据。     

滚动轮胎接地性能有限元分析

为深入理解轮胎滚动运动学机理，建立了轮胎在平面上滚动的三维非线性有限元模型。在模型中考虑了轮胎的几何非线性、材料非线性以及轮胎接触非线性，计算了子午线轮胎195／60R14在不同速度滚动时的变形情况、接地区压力分布、摩擦力分布、带束层应力分布等滚动特性。重点对轮胎胎面的变形情况进行了分析，为轮胎结构设计、振动与噪声分析提供了依据。     

无气轮胎几何非线性的有限元分析

为了获得无气轮胎在静态固定载荷下的材料与变形特性,利用有限元几何非线性理论对其进行了非线性大变形接触分析.建立了无气轮胎与硬路面的三维有限元模型,在模型中考虑了轮胎的几何非线性、材料非线性及轮胎接触非线性,计算了无气轮胎在径向位移下的变形情况、应力分布和接地压力、径向刚度等.分析结果可作为无气轮胎的设计及优化依据.     

滚动轮胎侧倾接地性能有限元分析

建立子午线轮胎滚动分析的三维有限元模型,在模型中充分考虑轮胎材料和结构的复杂性,轮胎与轮辋过盈配合以及轮胎与轮辋、地面的接触摩擦等状况,研究轮胎侧倾滚动状态下的速度和外倾角对轮胎变形、接地区应力和帘线的应力分布规律的影响.     

考虑轴头驱动和侧倾力矩的轮胎接地性态建模

采用欧拉梁和侧向分片的方法模拟轮胎侧向变形特性,利用二元傅里叶级数构造带束层单元的位移场,胎面横截面外轮廓设定为二次函数,建立了基于驱动力矩和侧倾力矩的轮胎三维接地性态解析计算模型。结合轮胎刷子模型计算了轮胎的纵向力和侧向力,并进行了验证。结果表明,模型具有较高的精度和效率。研究结果可为研究轮胎磨损和轮胎力学特性提供更为精确的三维接地压力分布解析模型,并为轮胎物理模型的解析研究提供新的思路和方法。     

软路面下矿用自卸车侧倾响应分析与优化

矿用自卸车所处路况多为松软路面,地面与轮胎作用存在变形沉陷,这对整车行驶过程中的侧倾响应有很大影响。建立了弹性轮胎-变形地面相互作用模型,并将轮胎跳动自由度与整车结合,建立了十一自由度非线性整车动力学模型。在MATLAB/Simulink环境下搭建地面-轮胎-车辆耦合系统进行仿真分析,对仿真结果与实验数据进行对比,验证了模型的正确性,同时得出,软路面下侧倾角响应较之硬路面增加1.28°,增幅达23.81%,从而验证了软路面下轮胎沉陷变形对矿用自卸车侧倾有不容忽视的影响。采用遗传算法对油气悬架参数进行联合优化,优化后侧倾值下降了16.7%,明显提高了自卸车侧倾稳定性。     

轮胎刚度和阻尼非线性模型的解析研究

根据轮胎的静态和动态试验结果,建立了轮胎刚度和阻尼的非线性解析模型.该模型分析了轮胎刚度与轮胎变形量、充气压力和振动频率之间的数值解析关系;同时还分析了轮胎阻尼与振动速度、轮胎变形速度和充气压力之间的关系.     

轮胎稳态运动学与六分力预报Ⅰ:理论与方法

提出一种新的轮胎运动学描述和六分力预报理论。滚动接触是汽车轮胎力学、轮轨动力学的核心问题,由于涉及刚体转动与有限变形,滚动接触运动学与动力学的描述与求解非常困难。用拉格朗日—欧拉混合描述法分析大变形滚动接触结构的速度场、加速度场和接触变形。以车轮定位角为卡尔丹角,用拉格朗日描述,得到了包含刚体转动和弹性变形的轮胎速度场。而接触区域的变形和受力用欧拉描述,通过欧拉网格和拉格朗日网格的信息传递,完成滚动结构动力学分析。所提出的理论可以退化到Fiala模型,并可以从理论上解释子午线轮胎的伪侧偏和伪侧倾现象。基于所建立的运动学理论和非线性有限元,建立轮胎六分力预报方法。针对某轿车子午线轮胎,分析轮胎接地面滑移速度、接地面积、接地压力、侧向剪力分布等随着侧偏角的变化规律,并研究该轮胎侧偏力和回正力矩随着胎面刚度和摩擦因数的参数敏感性。结果表明轮胎侧偏刚度和回正刚度主要受结构刚度控制,而峰值侧偏力和峰值回正力矩主要受摩擦因数控制。将利用所建立的方法和试验,探讨带束层结构对大规格子午线轮胎侧偏特性的影响规律,进一步验证所提出的理论和方法的正确性。所提出的理论和方法开辟了直接从轮胎设计预报轮胎六分力的新途径。     

外部拘束条件下Q345钢单道堆焊接头面外变形机理的探讨

采用数值模拟和试验手段相结合的方法研究外部拘束对低合金高强钢Q345单道堆焊接头面外变形影响的机理。基于有限元软件ABAQUS平台,开发同时考虑材料非线性、几何非线性与接触非线性的热-弹-塑性有限元算法来模拟板厚为2 mm和4 mm的低合金高强钢薄板单道堆焊的温度场、残余应力和焊接变形。同时,采用试验方法测量了薄板接头的面外变形。通过比较试验结果和模拟结果,验证了所开发的有限元计算方法的有效性。分析自由状态和外加约束条件下接头的面外变形模式;比较中央截面平均压应力和其临界失稳应力的数值;研究不同拘束位置对纵向塑性应变和横向塑性应变分布的影响。结果表明,在薄板发生失稳变形时,外加拘束对面外变形的控制作用不明显;而在薄板未发生失稳变形时,外部拘束能够明显减小面外变形。     

轮胎稳态侧倾力学特性理论建模

研究了轮胎侧倾建模机理,并在此基础上导出了轮稳仿而倾的侧向力、回正力矩、纵向阻力和翻转力矩特性表达式。讨论了车轮定位时侧倾角与前束角的关系,引入了有效侧倾角概念,并基于此给出了子午线轮胎比斜交轮胎侧倾侧向力小的理解解释。     

刚性悬挂四轮车辆静力学解算与均载性分析

为研究刚性悬挂四轮车辆的均载特性，联立四轮车辆的静力平衡方程和变形协调方程，解算了各分支悬挂的承载力，计算得到了各分支悬挂的承载力和轮胎刚度的映射关系。在此基础之上，定义了不均衡载荷系数，分析得到了轮胎刚度变化及载运偏载量对车辆均载性能的影响规律。通过实验方法得到了轮胎的刚度数据，并对力学解算和均载性分析进行了验证。     

大偏心下滑动轴承热弹流润滑状态及特性*

滑动轴承在大偏心条件下工作时，热效应及弹性变形使得油膜润滑状态发生变化，进而影响摩擦特性。为此建立耦合轴瓦弹性变形、轴颈轴瓦粗糙峰接触、油膜温度分布及黏温-黏压关系的滑动轴承混合润滑模型，采用有限差分法求解得到不同工况下油膜压力场、温度场分布，分析热效应及弹性变形对润滑状态转变及轴承各特性参数的影响；搭建实验台测量试件内表面温度分布，测试结果验证了计算模型的正确性。结果表明：大偏心时热效应和弹性变形使得油膜润滑状态出现转化；粗糙峰的接触使摩擦热增加，且在最小油膜处形成温度峰值；热效应和轴瓦弹性变形使得接触压力峰值集中在轴承两端，承载能力和摩擦力均有所下降。     

飞机单腹板轮毂结构强度分析

建立飞机单腹板轮毂结构的有限元分析模型，考虑轮胎与地面，轮胎与轮毂、轮毂与轴之间的三维接触，轴承的可变形性和轮胎材料的超弹性特性，计算得到径向载荷和径侧向载荷作用下轮毂的应力和径向位移分布规律，加载剖面上的多点就变值与实验结果对比基本吻合，验证了模型的有效性，计算结果可用于改进轮毂的结构设计。     

Gas-dynamic foil bearing model

A method is developed to calculate the characteristics of gas-dynamic bearings of rotors of gas-turbine engines and gas-turbine units. The method takes into account the contact interactions between the shaft journal, the fluid film, and the elastic bearing elements. The problem of multidisciplinary mathematical simulation of the elastic gas-dynamic contact is formulated and solved to determine the parameters of lubrication and deformations of the shaft and bearing. The considerable nonlinearity of the problem is governed by the equations describing the fluid flow in the bearing and the features of the elastic contact during deformation of the bearing elements. The calculation of the fluid-film flow in the bearing is based on the solution of the nonlinear two-dimensional Reynolds equation for a compressible fluid. The method of consecutive loading with error correction that within the interval prompts to the linearized Reynolds equation solution for fluid film pressure increment is used. The results of calculation of the fluid-flow parameters in the clearance between the shaft and the bearing are compared with the results obtained by solving the fluid-flow problem in a bearing modeled with the Navier-Stokes equations with the STAR-CD software. The stress-strain state of the elastic bearing elements is studied with the finite element model taking into account the contact interaction between the foils themselves and with the bearing race. The pressure distribution and the clearance in the shaft are determined iteratively by the coupled solution of the fluid flow and bearing foil deformation problems. Bearing stiffness characteristics, its carrying force and attitude angle are determined versus shaft journal displacement value and direction. It is shown that the stiffness characteristics of the bearing depend on the direction of displacement of the shaft journal in the bearing. The influence of the bearing elastic element deformations on the support load carrying capacity and the stiffness characteristics are studied. The results yielded by the calculations with the developed method are compared with those when the fluid-layer thickness in the bearing was calculated using the analytical model proposed by H. Heshmat and co-authors.