仿章鱼吸盘式轮胎花纹设计与有限元分析

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基于有限元分析的聚氨酯实心轮胎结构设计的实验研究(综述)

基于有限元分析的聚氨酯实心轮胎结构设计的实验研究：文献综述摘要：聚氨酯实心轮胎因弹性高、耐磨性能好、使用寿命长等优点受到了众多研究者的青睐。

简要介绍了聚氨酯实心轮胎的发展历程及国内外研究现状，以及聚氨酯实心轮胎的在低速重载领域中的优势。

介绍了几种测量聚氨酯实心轮胎温升的主要技术手段并阐述了降低实心轮胎温升的结构设计的新理念。

关键词：实心轮胎结构设计聚氨酯温度场一、前言轮胎从诞生至今已有一百多年的历史，它随着汽车的发展而发展。

为了抓住汽车工业迅猛发展带来的良好机遇，各大轮胎厂商都在抓紧研发适合社会需求的高性能轮胎，这也要求轮胎厂商在轮胎大批量推向市场之前，能够准确获知轮胎的各项性能指标，特别是轮胎的耐久性和高速性[1]，因为轮胎的性能好坏直接影响着汽车的行驶安全性。

鉴于轮胎的在汽车工业的重要性，目前各国轮胎和研究中心都在大力从事改进轮胎质量的研究工作[2]。

90 年代以来，国外超级轮胎公司竞相开发具有节能、减少污染、高速、安全、耐用等优良综合性能的高性能轮胎，最典型的称为“绿色轮胎”[3]，或称为节能轮胎、环境轮胎、安全轮胎、全天候轮胎等。

这些高性能轮胎的最大特点是同时具有低的滚动阻力、高的抗湿滑性以及高的耐磨性等优良综合性能。

橡胶轮胎虽然具有很好的性能，但也有其固有的弱点，那就是胎面容易分层，并且其生产工艺复杂、耗费时间。

因此，汽车轮胎制造公司早在2 0 世纪5 0 年代起就一直致力于开发出一种能够替代橡胶的新材料。

由于聚氨酯轮胎在耐磨性、滚动阻力以及抗撕裂性等方面都明显优于子午线轮胎，同样尺寸的聚氨酯轮胎负重容量是橡胶轮胎的6 - 7 倍，其生产过程可以实现连续化和自动化，在生产和使用过程中产生很少废料，而且更为重要的是废旧轮胎的部分胎体可以回收用于制造其它聚氨酯产品，不会造成环境污染，并且其制造工艺简单，因而被人们称为2 1 世纪的绿色环保轮胎[4]。

二、国内外聚氨酯实心轮胎的发展状况随着工业车辆和其它各种特殊用途车辆对轮胎性能要求的不断提高,传统的充气轮胎在某些场合已不能满足使用要求。

基于Abaqus软件的轮胎有限元模型建立及仿真分析

表1 305/75R24. 5全钢载重子午线轮胎各橡胶
部件胶料的Rivlin系数
MPa
橡胶部件胎面胶
C10 0. 603 5
E-mail：754318973@qq. com
的制高点。国内轮胎企业以及高校和科研院所应加大相关技术研发力度。
本工作基于Abaqus软件建立轮胎有限元模型，对305/75R24. 5全钢载重子午线轮胎的外缘尺寸、胎肩应力、带束层应力分布、胎圈与轮辋接触应力分布进行预测分析，以期确保305/75R24. 5全钢载重子午线轮胎设计的可靠性。
欧盟标签法出台后，欧盟国家禁止进口和销售不符合该法规的轮胎。近年来，西方发达国家纷纷对中国轮胎企业征收反倾销税和反补贴税[7-11]。与此同时，美国正斥巨资建立国家轮胎研究中心，欧盟第七框架研究计划设立轮胎力学和道路安全项目。这些都表明发达国家正通过提高技术门槛和加强贸易保护力图继续控制轮胎技术
图1 单轴拉伸试验试样
2 二维ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ气状态及静负荷状态有限元模型的建立和仿真模拟过程
2. 1 有限元分析前处理有限元分析的前处理是把几何模型转化为
有限元模型的过程，主要包括材料分布图的简化、单元集合的建立和网格划分等。本研究利用浩辰CAD建立的305/75R24. 5载重子午线轮胎的几何模型，即材料分布图，将模型的轮廓曲线（除去尺寸线等注释线）导入 hypermesh 软件，即首先将CAD中的材料分布图处理成以x轴为中线的轴对称分布图，再利用hypermesh软件对其进行二维有限元网格划分。建模时保留了轮胎花纹， 305/75R24. 5载重子午线轮胎的有限元网格划分如图2所示。

基于仿生学胎面花纹结构的防滑轻型载重轮胎关键技术及创新点

基于仿生学胎面花纹结构的防滑轻型载重轮胎关键技术及创新点近年来，随着汽车工业的迅猛发展，轮胎作为汽车的“脚”，也在不断地被改进和创新。

而防滑轻型载重轮胎作为一种新型的汽车轮胎，其在提高车辆行驶安全性和舒适性方面具有重要意义。

仿生学胎面花纹结构是一种创新的轮胎技术，可以显著提高轮胎的防滑性能，从而提高车辆的行驶稳定性。

首先，仿生学胎面花纹结构的设计是关键技术之一。

仿生学是一门研究生物系统中的结构、功能和行为的学科，将生物学知识应用于轮胎花纹结构设计，可以充分利用自然界中各种生物体的优秀特性，进而改善轮胎的性能。

在设计防滑轻型载重轮胎的胎面花纹时，可以参考蜂巢结构的特性来设计胎面花纹，这种结构具有良好的刚性和高度的支撑性能，从而增加轮胎的抗滑性。

其次，胎面花纹材料的选择也是关键技术之一。

传统的轮胎花纹主要采用橡胶材料，但其抗滑性能相对较差。

而利用仿生学胎面花纹结构的轮胎，可以选择更高性能的材料来制作，例如碳纤维和纳米材料等。

这些材料具有更好的刚性和耐磨性能，可以显著提高轮胎的抗滑性能，从而提高车辆的行驶稳定性。

此外，轮胎花纹的排列方式也是关键技术之一。

利用仿生学胎面花纹结构设计防滑轻型载重轮胎时，可以根据具体的路况和行驶要求来确定花纹的排列方式。

例如，在公路行驶时，可以采用线性排列的花纹，这种排列方式可以提高轮胎的抓地力和稳定性；而在崎岖山路行驶时，可以采用交叉排列的花纹，这种排列方式可以提高轮胎的抗滑性能，从而提高车辆的通过性。

最后，利用仿生学胎面花纹结构进行轮胎表面处理也是一种创新点。

通过对轮胎表面进行特殊处理，可以进一步提高轮胎的防滑性能。

例如，可以在轮胎表面涂覆一层特殊的防滑涂层，这种涂层可以增加轮胎与地面的摩擦力，从而提高轮胎的抗滑性能。

另外，还可以利用纳米技术在轮胎表面形成纳米结构，这种纳米结构可以增加轮胎的表面粗糙度，进一步提高轮胎的抗滑性能。

综上所述，基于仿生学胎面花纹结构的防滑轻型载重轮胎的关键技术包括花纹结构的设计、花纹材料的选择、花纹的排列方式以及轮胎表面的特殊处理。

基于仿生学胎面花纹结构的防滑轻型载重轮胎关键技术及创新点

基于仿生学胎面花纹结构的防滑轻型载重轮胎关键技术及创新点近年来，随着人们对安全性能的要求越来越高，轮胎的防滑性能也逐渐成为了人们关注的焦点。

基于仿生学胎面花纹结构的防滑轻型载重轮胎应运而生，成为了目前市场上备受欢迎的一种轮胎类型。

那么，这种轮胎的关键技术及创新点是什么呢？首先，我们来了解一下仿生学胎面花纹结构。

仿生学是一门研究生物学和工程学之间相互联系的学科，它将生物体的结构和功能应用到工程领域中。

在轮胎中，仿生学胎面花纹结构就是将动物或植物的皮肤、鳞片等结构应用到轮胎中，从而提高轮胎的防滑性能。

这种结构不仅可以增加轮胎的摩擦力，还可以提高轮胎的耐磨性和降低油耗。

其次，基于仿生学胎面花纹结构的防滑轻型载重轮胎的关键技术主要包括以下几个方面：1. 花纹设计技术。

轮胎的花纹设计是影响轮胎性能的关键因素之一。

基于仿生学胎面花纹结构的防滑轻型载重轮胎在花纹设计上采用了仿生学原理，通过模拟自然界中动物或植物的皮肤、鳞片等结构，设计出了一种具有更好防滑性能的花纹。

2. 材料选择技术。

轮胎材料的选择对轮胎性能有着至关重要的影响。

基于仿生学胎面花纹结构的防滑轻型载重轮胎采用了新型高分子材料，具有更好的耐磨性和抗老化性能。

3. 制造工艺技术。

制造工艺是保证轮胎质量的重要环节。

基于仿生学胎面花纹结构的防滑轻型载重轮胎采用了先进的制造工艺，保证了轮胎质量和性能稳定。

此外，基于仿生学胎面花纹结构的防滑轻型载重轮胎还具有以下几个创新点：1. 花纹深度可调节。

该轮胎采用可调节花纹深度设计，可以根据不同路况和使用环境进行调整，提高了轮胎的适应性和安全性。

2. 轻量化设计。

该轮胎采用轻量化设计，减少了轮胎自身重量，降低了车辆油耗和排放。

3. 声波降噪技术。

该轮胎采用声波降噪技术，降低了车辆行驶时产生的噪音，提高了行车舒适性。

总之，基于仿生学胎面花纹结构的防滑轻型载重轮胎在提高车辆安全性能、降低油耗和排放、提高行车舒适性等方面具有显著优势，是一种非常值得推广应用的新型轮胎。

计及复杂胎面花纹的子午线轮胎有限元分析

第36卷第3期2010年6月东华大学学报(自然科学版)JOU RNAL OF DONGH UA UN IVERSIT Y(NAT URAL SCIENCE)Vol 36,No.3Jun.2010文章编号:1671 0444(2010)03 0275 04计及复杂胎面花纹的子午线轮胎有限元分析束永平,蒋丰璘(东华大学机械工程学院,上海201620)摘要:针对11.00R20型全钢载重子午线轮胎,对复杂胎面花纹进行有限元模拟分析,并与不包含花纹的光面轮胎模型的计算结果进行对比.结果表明,在静负荷状态,是否考虑胎面花纹,对轮胎胎冠部橡胶结构内受力分布有一定影响,对骨架结构受力分布特征影响较小,对接地压力分布特征有较大影响,与不包含花纹的轮胎相比,包含复杂胎面花纹的轮胎的接地压力分布较为均匀.关键词:子午线轮胎;胎面花纹;有限元分析中图分类号:T B115 文献标志码:AThe Finite Elem ent Analysis of Radial Tyre withCom plex Tread PatternSH U Yong p i ng,J IA N G Feng lin(College of Mecha nica l Engineering,Do nghua Univ ersity,Sha nghai201620,China)Abstract:A three dimensional finite element m odel of all steel radial truck tyr e11.00R20w hich consider ing the com plex tread pattern w as established.The calculatio n results of the m odel w ith com plex tr ead pattern and the model w ithout tread patter n w ere compared.Som e differences betw een the tw o model in static lo ad conditio ns w ere found.T here w ere a certain im pact on the stress distr ibutio n of tread;and little effect on force distribution characteristics of skeleto n structur e;and a gr eat impact on distribution character istics of contact pressure.Co mpared w ith the tire w ithout tread pattern,the distributio n of contact pressure of the tire w ith complex tr ead patter n w as found m ore uniform.Key words:radial tire;tread pattern;finite elem ent analysis随着有限元技术的发展,有限元分析已经逐渐成为轮胎结构分析的主要手段,分析精度和求解效率不断提高[1].胎面花纹是轮胎设计的重要组成部分,然而胎面花纹对轮胎性能的影响及其设计研究未受到应有的重视[2].使用ABAQUS软件提供的子模型分析技术和组合模型技术,进行轮胎结构分析时可以有效地考虑复杂形态的胎面花纹,进行胎冠部局部精细分析.由于子模型分析技术仅仅能够提高子模型部分的计算精度,除非整体模型的分析结果能够为子模型提供足够精确的边界条件,否则子模型对计算结果的精度改善是有限的.与子模型分析技术相比,组合模型技术能够给出更加精确的计算结果,在组合模型中局部网格的细分会同时提高局部和整体结构的计算精度.*收稿日期:2009 10 13作者简介:束永平(1963 ),男,江苏镇江人,高级工程师,博士,研究方向为汽车振动与噪声评估、汽车振动器设计与开发、汽车系统动力学、橡胶材料非线性有限元分析.E mail:syp@276东华大学学报(自然科学版)第36卷本文利用ABAQ U S 软件,采用组合模型技术[3],针对11.00R 20型全钢载重子午线轮胎,对复杂胎面花纹进行有限元分析,并与不包含花纹的轮胎模型的计算结果进行对比分析,以考察复杂花纹对轮胎胎冠部受力特征的影响.1 有限元分析模型1.1 胎面花纹块模型本文使用U G 软件构建三维胎面花纹块模型,如图1所示.然后将花纹块模型导入H y permesh 软件中,并对其进行网格划分,如图2所示,花纹块网格模型一共有1076个单元,2078个节点.网格的大小影响计算结果,一般网格越小,计算精度越高,但网格并不是越小越好,因为过小的网格会大大增加计算费用,对于结果精度也没有明显的改善,而且有可能会导致单元失稳.所以,网格划分应该遵循以下两点:(1)较好地描述边界的形状;(2)单元不能过于狭长.图1花纹块的初始几何形状Fig.1 The initial geometry of pattern blocks图2 花纹块的网格模型Fig.2 Finite element model of pattern blocks1.2 包含复杂胎面花纹的轮胎模型轮胎模型的建模过程如图3所示.在建立包含复杂胎面花纹的轮胎模型时,轮胎主体部分使用SY M M ET RIC M ODEL GEN ERA T ION 命令(Revo lve 参数),由轴对称的二维模型旋转生成;对于胎面花纹部分,构建包含一个花纹节的三维胎面花纹,并划分网格、生成节点和单元信息;然后将轮胎主体部分和胎面花纹部分通过组合模型的方法约束在一起.这里仅构建包含一个花纹节的轮胎断面,轮胎主体部分的周向旋转角度也要与之相匹配,本文中该周向角度为6 .最后再次使用SYM M E T RIC M ODEL GENE RA T ION 命令(Periodic 参数),将上述断面沿周向镜像60份,即得到具有周期性的整个轮胎模型.图3 轮胎模型的建模过程Fig.3 Modeling process of tire models与文献[4]中所建立的轮胎模型不同,本模型的优势在于,其可以用于轮胎的稳态滚动分析,因为利用ST EADY ST AT E T RA NSPORT 命令进行稳态输送分析时,要求几何模型完全是轴对称的或者完全是周期性的.因此,本文的建模方法对于后续的稳态滚动分析有着重要意义.计算表明,如果考虑轮胎的横向对称性仅取1/2轮胎建模进行有限元分析,与取整个轮胎建模相比,在对称面附近区域的计算结果有一定偏差,因此本文取整个轮胎建模.为了简化计算过程,本文没有考虑轮胎和轮辋的接触条件,而只对轮辋约束点进行完全约束.同时对于橡胶并没有采用超弹性材料进行计算,而是用泊松比较大的弹性材料代替.模拟中考虑轮胎和地面之间的摩擦接触,摩擦因数取0.8,轮辋和地面均为刚体.2 模型验证为验证有限元模型的正确性,本文进行静负荷状态下轮胎载荷下沉量的测试.如图4所示为静负荷状态下载荷下沉量曲线的有限元计算结果和测试结果的比较.由图4可见,计算结果与试验结果基本吻合.由此可认为,本文给出的有限元模型和计算方法是有效的.第3期束永平,等:计及复杂胎面花纹的子午线轮胎有限元分析277图4 载荷下沉量曲线Fig.4 Load subsidence curve3 计算结果和对比分析利用图3所示方法建立的有限元模型,对包含复杂胎面花纹的11.00R 20型全钢载重子午线轮胎进行装配、充气、静负荷等工况的模拟,并将计算结果与不包含花纹的轮胎模型的计算结果进行对比分析.限于篇幅,本文仅给出静负荷状态的部分分析结果.图5为静负荷状态轮胎接地端子午面内橡胶结构M ises 应力分布.其中图5(a)为考虑复杂胎面花纹的轮胎模型的计算结果,图5(b)为不考虑胎面花纹的轮胎模型的计算结果.由图5可见,带束层端部位置,是整个胎冠部应力集中最严重的部位;同时,花纹沟底部位置,也易于形成应力集中.对比图5(a)和(b)可见,复杂花纹对花纹沟底部附近区域有较大影响,对其他区域的影响相对较小.因此,复杂花纹对轮胎胎冠部橡胶结构内受力特征有一定影响.图5 橡胶结构内Mises 应力分布(静负荷状态,F =30kN)Fig.5 Mises stress distribution within rubber structure(static load condition,F =30kN)图6为静负荷状态轮胎接地端子午面内带束层帘线受力分布.其中model 1为考虑复杂胎面花纹的轮胎模型的计算结果,model 2为不考虑胎面花纹的轮胎模型的计算结果.由图6可见,两者在接地端子午面内带束层帘线受力分布曲线基本吻合,因此,是否考虑胎面花纹,对带束层帘线受力分布特征总体上影响不大.图6 轮胎接地端子午面内带束层帘线受力分布(静负荷状态,F =30kN)Fig.6 Force distribution of belt cord withinradial plan of tire contact terminal (static load condition,F =30kN)278东华大学学报(自然科学版)第36卷在轮胎静负荷试验中只能测得单位接地面积中的平均接地压力,但实际上轮胎的接地压力是不均匀的.图7示出了轮胎在负荷为30kN,充气压力为800kPa 时的接地压力分布.其中图7(a)为考虑复杂胎面花纹的轮胎模型的计算结果,图7(b)为不考虑胎面花纹的轮胎模型的计算结果.由图7可见,花纹形态对接地印痕形状和接地压力分布都有一定影响;与不考虑胎面花纹相比,包含复杂胎面花纹的轮胎接地长度(纵向)有所减小,接地面中央区域的接地压力有所增大,靠近肩部的接地压力最大值有所降低,接地压力的分布总体上较为均匀.有花纹的轮胎接地压力大于无花纹的.图7 轮胎接地压力分布(静负荷状态,F =30kN)Fig.7 Contact pressure distribution of tire(static load condition,F =30kN)4 结论本文对复杂胎面花纹进行有限元分析,研究结果表明,是否考虑胎面花纹,对轮胎胎冠部橡胶结构内受力特征有一定影响,对骨架结构受力分布特征影响较小,对接地压力分布特征影响较大,对接地印痕形状也有一定的影响.因此,在对轮胎进行胎冠部的受力和变形特征的分析时,有必要计及胎面花纹的影响.同时,接地压力分布对轮胎的耐磨性能、制动性能、通过性能均有影响.在行驶过程中轮胎出现不正常的磨损,如磨冠、磨肩或偏磨等现象,多数是由于轮胎行驶面的接地压力分布不均引起的.花纹块对于轮胎的磨耗也是一个必须要考虑的因素.因此,本文探讨出的一种建立带有复杂胎面花纹的三维轮胎有限元模型的方法,对今后轮胎花纹形式的设计有一定的指导意义.参考文献[1] 庄继德.汽车轮胎学[M ].北京:北京理工大学出版社,1996:28 32.[2] 王吉忠.轮胎胎面单元与路面相互作用及其设计研究[D].吉林:吉林工业大学汽车科学与工程学院,2000.[3] 李炜.子午线轮胎结构有限元分析和设计原理的若干问题研究[D].合肥:中国科学技术大学工程科学学院,2003.[4] G H ORE ISH Y M H R.Fin ite E lem en t Analy sis of th eS teel Belted Radial T yr e w ith T read Pattern U nd erC ontact Load [J ].Iran ian Polym er Jou rnal,2006,15(8):667 674.。

仿章鱼吸盘式轮胎弹塑性黏着接触性能研究

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｅｌａｓｔｉｃ－ｐｌｓｔａｉｃａｄｈｅｓｉｖｅｃｏｎｔａｃｔｍｏｄｅｌｏｆｏｃｔｏｐｕｓｓｕｃｋｅｒｔｙｐｅｔｉｒｅｓｌＭｆｃｅａｓｗｉｔｈｔｒａｎｓｉｔｉｖｅｄｈａｅｓｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｓｅｖｄｅｌｏｐｅｄｂｓｅａｄｏｎｔｈｅｏｄｍｅｌｏｆＳｃｈｗｏｚ，￣ａｎｄｔｈｅｆｒｃｔａｄｏｄｍｅｌｏｆＭ－Ｂ．Ｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｒｅａａｆｒｏｍｅｌａｓｔｉｃｔｏｐｌａｓｔｃｉｅｆｄｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｓｉｎｇｌｅｓｐａｅｒｉｔｙｃｏｎｔｃｔａｓｉｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｔｈｅｐｌｓｔａｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｉｓ，ｔｈｅｒｅｌｔａｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎ
ｔｈｅｓａｍｅｒｅａｌｃｏｎｔｃｔａｒｅａａｆｏｒｔｈｅｌｒｇａｅｒｆｒｃｔａａｌｄｉｍｅｓｉｎｏｎｉｎｅｃｈａｃｓｅａ．ｈｅＴｂｉｇｇｅｒｔｈｅｃｈｅｍｃｉａｌｅｎｅｒｇｙｉｎｄｅｘ，ｔｈｅｂｉｇｇｅｒｔｈｅ

盘式制动器有限元分析方案

一、三维模型的建立在建立热-结构耦合分析模型时，做如下假设：(1) 盘、片接触界面为理想平面；(2) 作用在制动片背面的压力均匀分布；(3) 内外两侧的制动片所产生的热负荷相等，即温度场对称于制动盘中心平面；(4) 忽略材料磨损的影响，认为动能全部转化为摩擦热而被摩擦副吸收。

在计算时，把制动盘与摩擦片的热流输入都当作边界热流输入来处理，则摩擦表面输入热流密度满足：rttrptrvtrptrq⋅⋅⋅=⋅⋅=)(),(),(),(),(ωµµ 式(1) 式中μ—制动盘与摩擦片间的摩擦系数；p(r,t)—摩擦表面上的比压，这里视为常数，MPa；v(r,t)—零件的相对移动速度，m/s；ω(t)—制动盘角速度，rad/s；r—径向坐标，m。

(5) 摩擦片作为强度热源；(6) 盘、片接触区域内界面温度相等；(7) 轮胎与地面之间的附着系数以及滑移率在制动过程中没有发生变化，车轮处在纯滚动运动状态。

根据实际情况，摩擦片不动，制动盘作圆周运动，故对摩擦片背面施加x、y轴两个方向的固定约束。

盘的中心平面沿z 方向轴向固定约束。

由于盘的内孔与轴相连接，故在内圆侧面施加z轴方向的固定约束对于为了模拟减速运动而建立的参考点，只释放其周向旋转的自由度，其他方向的自由度均被约束。

而整个模型的载荷，只是在摩擦片的背面施加压力载荷。

在直角坐标系原心处建立参考点，建立参考点与制动盘内圈的刚性接触关系。

首先在参考点施加初始运动角速度场，之后施加减速度载荷，同时约束参考点其他方向的速度自由度，这样便实现了制动盘的减速运动二、输入热流三、摩擦片外表面施加均匀压力载荷，设定初始温度和角速度变化规律公式四、耦合仿真分析1 紧急制动工况下制动盘的温度场分析（1）制动盘表面径向温度分布（2）制动盘表面轴向温度分布（3）制动盘表面周向温度分布2 紧急制动工况下制动盘的等效应力场分析（1）制动盘表面沿径向的节点等效应力分布（2）制动盘表面沿轴向的节点等效应力分布（3）制动盘表面沿周向的节点等效应力分布3 紧急制动工况下制动盘的三向应力场分析（1）制动盘表面的径向应力分布（2）制动盘表面的轴向应力分布（3）制动盘表面的周向应力分布五、重复制动工况下盘式制动器热-结构耦合分析1 重复制动工况的定义2 相关边界条件的确定3 重复制动工况下制动盘的温度场分析（1）首个制动周期制动盘的温度场分布（径向、轴向、周向）（2）重复制动15次制动盘的温度场分析4重复制动工况下制动盘的温度场分析（1）首个制动周期制动盘的等效应力分布（径向、周向、轴向）（2）重复制动15次制动盘的等效应力分布5重复制动15次制动盘的三向应力分量对比分析六、制动盘的寿命研究七、改进结构1温度场分析2应力场分析3寿命研究。

利用有限元分析指导8R22.5轮胎设计

轮廓及结构设计。带束层采用３加ｏ带束层结层。
构。初始轮廓形状及结构如图１所示。
初始结构设计的主要特点如下：
作者简介：莹（９３）男，徽铜陵人，通轮胎（国）朱１８，安佳中研发中心工程师，－，学Ｉ主要从事全钢子午线轮胎开发及技术支：持工作。
图２初始设计充气前后轮廓形状对比
符合设计要求。
１３２接地形状．．
初始设计接地压力分布如图３所示。由图３
可以看出，始设计虽然轮廓形状较好，初但接地状
况并不理想，冠中部的接地应力过于集中，不胎也均匀，胎肩部位的接地应力相对不足，部接地而肩印痕不理想，重影响了胎面接地的有效性，轮严对胎的耐磨性能将产生不利影响。
根据ＧＢＴ２７— １９，定８２５无内／９７９７确Ｒ２．
胎全钢载重子午线轮胎的技术参数如下：辋轮
６０，级１Ｐ充气外直径（３ ± ９３）．０层２Ｒ，９５．５ｍｍ，气断面宽（０土７１ｉ，准充气压充２３．）ｈｍ标
１３１充气轮廓．．
基于初始设计进行有限元分析得到充气前后
轮廓形状对比如图２所示。由图２可见，体轮胎廓在充气后除胎冠部适度向外扩张，胎侧变形区域及带束层端点处变形较小，明初始设计基本表

汽车轮胎的有限元分析

有限元分析法在对汽车轮胎力学结构进行分析之时，使研究工作达到了巅峰的阶段，这一分析方法在应用之时把汽车轮胎看作各向异性连接体，轮胎的构造与材质得到了简易的分析，同时能够将与轮胎相关的信息整体地呈现出来，进而完成对起初轮胎性能推测的目标。目前有限元分析法在轮胎的充气形状和应力、载荷一位移曲线、接地面积和形状、轮胎的滚动阻力以及侧偏特性等方面都得到了广泛的应用，且取得了良好的应用效果。法在对汽车轮胎的带束层进行分析之时，发现其并不是在轮胎接地内、外区域均受到拉应力的作用，在接地区域内部其只受压应力，而产生压应力最大的位置依然是汽车轮胎接地区域的中心，并且轮胎第一带束层接地中心的压应力远远小于第二带束层，在接地区域的其他范围内第一、二带束层所受的压应力值基本一致。那么借助这一分析方法可以得出如下的结论：明确了汽车轮胎在垂直轴向载荷的作用下变形特性与重要承载部件的应力分布模式，在上述分析资料的辅助下汽车轮胎性能的
程，而这种应力交替变换的形式是造成汽车轮胎磨损、
报废的主要原因，而破坏的程度与应力的增幅之间存在
正相关关系；此外，对汽车轮胎进行分析时应用有限元
法，还可以得出如下结论：轮胎胎侧胎体在接地面内受到的压力相对较小，应力被缓解，这主要是因为胎体在胎气饱满的状态下与地面接触时张力被松弛，而这种 “ 张紧一松弛”的应力变化模式也是致使胎侧疲劳破坏的又一大要素；其实有限元法在对动态的轮胎的运动力学进行分析之时，需要对 “ 轮胎一公路界面”有关的接触问题进行综合的考虑，建立健全侧偏刚度模拟，发现自由滚动摩擦力并非是对称分布，其胎冠中心所承受的摩擦力与胎肩之间存在较大的悬殊，且汽车在下沉量较大之时胎肩处的接地压力数值最大。

有限元分析与轮胎结构设计

有限元分析与轮胎结构设计. 王友善1，赵剑铭2(1. 哈尔滨工业大学复合材料研究所，中国哈尔滨150001；2. 上海双钱载重轮胎公司，中国上海200245)摘要：本文从轮胎力学角度出发，详细介绍了轮胎有限元分析的基本思路，哈尔滨工业大学开发了相应的有限元专用软件(TYSYS1.0)。

以此专用分析软件，并结合室内耐久性试验，研究了由上海轮胎公司自主提出的“轮胎整体结构优化设计理论(TECO)”所设计的轮胎和应用平衡轮廓设计理论所设计的轮胎。

有限元分析和试验结果均表明：使用TECO 理论所设计的轮胎力学性能优于平衡轮廓设计理论所设计的轮胎。

关键词：轮胎；有限元；TECO 理论1 引言轮胎是一个由橡胶材料和橡胶基复合材料构成的复杂结构体。

从结构上讲,轮胎是一个复杂的橡胶复合材料层合壳,其几何形状为不可伸展的不等厚双曲壳；从材料上讲，轮胎是一种非均质结构，其橡胶材料具有不可压缩性和明显的物理非线性，而其橡胶基复合材料呈现明显的各向异性[1]。

对于这样的复杂结构，在具有多变性的工况条件下，如何进行分析非常重要。

早些时候人们通常用轮胎模型分析，如梁模型、网络模型、薄膜模型及层合模型[2]等。

进入20 世纪80 年代后，随着计算机科学技术的飞速发展，有限元分析技术在复杂工程结构中的应用愈来愈显示出巨大的作用。

于是，轮胎结构的分析方法也从简化的理论推算向数值模拟发展[3]。

2 轮胎结构有限元分析在这里,首先对研制轮胎结构有限元分析软件所涉及的一些理论和技术作简要概述。

2.1 单元模型采用了两种单元模型：八节点六面体等插单元和六节点五面体等参单元。

2.2 材料模型橡胶材料不可压缩性用Lagrangian 乘子法解决[4,5]，而其物理非线性用Mooney-Rivlin 模型来模拟，应变能密度函数描述：W（I 1I2）= C10（I1 ? 3）+ C10（I2 ?3）其中I1 和I2 分别为应变第一和第二不变量，C10和C01为由实验确定的材料常数。

利用有限元分析指导8R225轮胎设计

利用有限元分析指导8R225轮胎设计有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）是一种数学方法，通过将连续物体分割成有限数量的离散元素，将连续问题转化为离散问题，从而求解复杂结构的应力、变形、疲劳寿命等问题。

在轮胎设计中，有限元分析可以用于辅助优化轮胎的结构和性能。

首先，轮胎的结构可以通过有限元分析进行建模。

将轮胎划分为多个离散元素，并定义各个元素的材料性质和几何形状。

通过有限元分析软件建立轮胎的有限元模型，可以计算轮胎在各种载荷下的应力和变形情况。

在轮胎设计中，一个重要的指标是轮胎的接地面压力分布。

有限元分析可以计算轮胎接地过程中接触区域的压力分布情况。

这可以帮助设计师优化轮胎的胎纹纹路，以达到最佳的接地性能。

同时，可以根据有限元分析结果调整轮胎的胎肩和胎冠结构，以改善轮胎在转弯和刹车时的性能。

另外，有限元分析还可以对轮胎的强度和疲劳寿命进行评估。

通过有限元模型，可以计算轮胎在不同道路条件下的应力集中区域，以及轮胎在连续行驶中的应力变化情况。

这有助于发现轮胎的应力疲劳问题，并提出相应的改进措施。

通过有限元分析，还可以研究轮胎的动态性能。

例如，可以计算轮胎在不同速度下的振动特性，以提高轮胎的舒适性和稳定性。

此外，还可以分析轮胎在各种路面条件下的动力响应，以评估轮胎的抓地力和操控性能。

最后，有限元分析还可以用于轮胎的轻量化设计。

通过优化轮胎的结构和材料，可以减少轮胎的重量，提高车辆的燃油经济性。

有限元分析可以用于确定轮胎的材料厚度和分布，以及轮胎的结构连接方式，以实现最佳的轮胎性能和轻量化设计。

综上所述，有限元分析可以在轮胎设计中发挥重要的指导作用。

通过对轮胎结构、应力分布、疲劳寿命、动态特性和轻量化设计等进行分析，可以优化轮胎的性能，提高车辆的安全性、舒适性和经济性。

真空吸取技术的发展趋势

1、仿生吸盘由于常规吸盘多针对特定的工件要求，多适用于平整光滑的平面，适应的工件形状种类少。

为了适应多种工件的夹持需求，基于海洋软体生物灵感，国内外学者对仿生吸盘进行了研究Frank W. Grasso等分析了章鱼吸盘的特点，并指出制造的人工吸盘必须满足三个功能：人工吸盘必须满足三个功能①具有漏斗状结构提供表面密封以适应任意几何表面②具备人工吸盘结构可以产生吸着所需负压力③外部肌肉使得被吸着的表面能随机械臂自由旋转周利坤等用仿生学原理和真空吸附原理，以三种仿生凹形漏斗吸盘结构模型为基础，结合章鱼吸盘平行或并列规则布局的特点，通过力学分析发现，胎面吸盘式花纹绝大部分与冰面发生有效吸附，可确保提供足够的吸附力，提高汽车在冰面上的防滑能力但是，因为章鱼吸盘的肌肉组织数目庞大、紧密填满，并具有三维结构特征，人工加工难度较大。

美国科学家用复合材料3D打印技术制作人工吸盘样品，每个吸盘只有指甲盖大小(图4)，并使用这样的吸盘在陆地上进行了吸着实验。

科学家们预测，这样的吸盘在水下使用时，性能可能进一步提升，因为水压能提供更大的压力对于机器人的执行末端，制造像章鱼吸盘那样的人造装置，需要制作大量的如章鱼组织的人工肌肉单元，技术难度较高，也需要较高的加工成本。

为了找到更易实现的结构，Jingping Hou等研究了鱿鱼吸盘的仿生结构特性，并以此为基础设计并制作了人工鱿鱼吸盘(图5)，可用于软体机器人末端执行器随着气动技术、生物技术和材料技术的融合，仿生真空吸取技术方兴未艾，这类新兴的仿生吸盘，使用人工弹性材料，模拟海洋软体生物变形和吸着。

与常规吸盘相比，仿生吸盘能耗更少，适应性更强，有着良好的发展前景2、吸盘变形产生真空度改变吸着容积，从而改变吸着腔压力的方法是另一种真空吸取力产生方法。

弹性体材料围成一个密闭容腔，弹性体材料变形，使吸盘内腔室容积改变，以产生负压。

胡冰山等设计了带偏置弹簧的偏动式SMA弹簧驱动器驱动仿生负压吸盘(图6)，建立了该吸盘的理论模型，并通过实验验证了理论模型，吸盘内的负压可达约12kPa，且能耗更少3、吸盘材料优化除了负压抽吸、改变吸着容积等方法获得一定的真空度，吸盘的材料性质和吸着面的微结构也会对吸着效果产生一定的影响Follador等采用绝缘弹性材料来模拟肌肉柱状纤维束结构，以形成紧密的吸着和密封。

章鱼的吸盘与大气压的应用

章鱼的吸盘与大气压的应用
彭友山
【期刊名称】《数理天地：初中版》
【年(卷),期】2007(000)010
【摘要】生活在水中的章鱼,长有8只长脚,活象8条带子,人们也叫它"八带鱼".别看章鱼叫鱼,它其实不是鱼,而是一种贝类.在章鱼的脚上,长有强有力的吸盘,靠吸盘【总页数】1页(P44-44)
【作者】彭友山
【作者单位】湖南省岳阳市七中
【正文语种】中文
【中图分类】Q958
【相关文献】
1.章鱼吸盘式心脏稳定器（Octopus）在非体外循环冠脉旁路移植…
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5.仿章鱼吸盘式防滑轮胎仿生学生物信息分析与设计
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