轎車子午線輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及溫度場(chǎng)有限元分析畢設(shè)開題報(bào)告

1、xxxxx學(xué)院本科本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告題 目轎車子午線輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及溫度場(chǎng)有限元分析學(xué)生姓名xxx 學(xué)號(hào) xxxx學(xué)院機(jī)戒工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)汽車XS xxxx指導(dǎo)教師xx2016年3 月 18 日題目轎車子午線輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及溫度場(chǎng)有限元分析一、選題的目的及研究意義1、選題目的隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，對(duì)高性能輪胎的研究已成為十分活躍的研究領(lǐng)域，也引起了世界各國(guó)的 高度重視。汽車輪胎的子午化是我國(guó)輪胎工業(yè)產(chǎn)品升級(jí)換代的方向，為輪胎設(shè)計(jì)與生產(chǎn)提供先進(jìn)技 術(shù)被列為國(guó)家九五攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目。因此對(duì)于高性能輪胎的研究具有很大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，問 時(shí)，輪胎的研究?jī)?nèi)容涉及材料學(xué)、力學(xué)、機(jī)械工程等多個(gè)學(xué)科，特別是輪胎

2、材料、輪胎的大變形以 及輪胎與路面的接觸等均為強(qiáng)非線性問題，因而對(duì)輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與溫度場(chǎng)有限兀分析的研究是具有 挑戰(zhàn)性的課題，此次設(shè)計(jì)我想對(duì)轎車子午線輪胎性能進(jìn)行改善通過溫度場(chǎng)有限元分析找出影響輪胎 發(fā)熱的主要因素從而提高輪胎壽命。2、選題的研究意義人類最早期使用的輪胎是木制輪胎，在1493-1495年間哥倫布發(fā)現(xiàn)了橡膠，從此展開橡膠制品的運(yùn)用。在100多年的歷史中輪胎作為汽車的重要存在部分，它的發(fā)明帶來了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和豐富了 人們的生活。目前全世界的道路總長(zhǎng)約3000萬公里，因此，有近10億輛汽車用于各種用途。關(guān)于支承車輛的輪胎，全世界每年生產(chǎn)超過了10億條。就地域而言，美國(guó)第一、日本其次。我國(guó)

3、汽車工業(yè)起步較晚，但車輛的使用卻排在世界前列，每年都會(huì)有大量的外系車輛入境，從而加劇了其它 零部件的進(jìn)口，降低了國(guó)內(nèi)本土品牌車輛的銷量，減緩了汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其中輪胎則作為汽車的 主要消耗零部件之一。近年來，隨著我國(guó)高速公路的迅速發(fā)展和路面條件的不斷改善，對(duì)輪胎高速 性能的要求日益苛刻，輪胎生熱已成為影響輪胎使用性能及壽命的最主要問題。無論是輪胎制造商還是輪胎用戶都一直希望能對(duì)輪胎溫度場(chǎng)分布進(jìn)行模擬計(jì)算，以了解輪胎使 用時(shí)內(nèi)部的生熱情況及可能的破壞行為，有限元分析法的應(yīng)用和發(fā)展使這種模擬計(jì)算成為可能，采 用有限元法可以比較精確地預(yù)測(cè)輪胎在特定條件下的溫度場(chǎng)分布，為輪胎的研究、開發(fā)及使用提供 可

4、靠的依據(jù)，特別是輪胎設(shè)計(jì)及開發(fā)人員，能夠在設(shè)計(jì)之初根據(jù)預(yù)測(cè)的溫度場(chǎng)對(duì)輪胎結(jié)構(gòu)及配方進(jìn) 行優(yōu)化，從而大大降低輪胎的開發(fā)費(fèi)用，縮短開發(fā)時(shí)間，轎車子午線輪胎需求量高市場(chǎng)前景廣闊。 因此它的發(fā)展可以帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，故轎車子午線輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及溫度場(chǎng)有限兀分析擁有重要 意義。二、綜述與本課題相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)、研究方法及應(yīng)用領(lǐng)域等1、研究現(xiàn)狀轎車子午線輪胎是一種新型結(jié)構(gòu)的輪胎產(chǎn)品，具有告訴、安全、節(jié)能、舒適、耐久等優(yōu)越性能， 是輪胎工業(yè)更新?lián)Q代的發(fā)展方向，估計(jì)本世紀(jì)末，西方發(fā)達(dá)國(guó)家即將實(shí)現(xiàn)輪胎子午化，隨著子午線 輪胎開發(fā)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種高性能子午線輪胎競(jìng)相面世，綜合性能日益提高。(1)國(guó)

5、外轎車子午線輪胎研究現(xiàn)狀轎車子午線輪胎是法國(guó)Michelin 公司于1946年6月開發(fā)成功并取得專利權(quán)的，到1949年10月，最早顏值的165-400和185-400輪胎在巴黎法國(guó)汽車博覽會(huì)上展出，標(biāo)志著輪胎工業(yè)發(fā) 生了一場(chǎng)重大的革命，幾年之后，意大利 Pirelli公司發(fā)明了全織物子午線輪胎，并于 1951年3月注冊(cè)Cinturato 專利，隨后幾年，世界上大多數(shù)輪胎公司都認(rèn)識(shí)到子午線輪胎的巨大發(fā)展前景， 紛紛購(gòu)買設(shè)備和技術(shù)，準(zhǔn)備投入到子午線輪胎的生產(chǎn)行列，同斜交輪胎相比，子午線輪胎具有以下 優(yōu)點(diǎn)：耐磨性能提高 60%-120%滾動(dòng)阻力低20%節(jié)油6批右；牽引能力提高 10%-20%轉(zhuǎn)彎能力

6、 大、噪聲??；舒適性、高速性能及耐機(jī)械損傷性都比斜交輪胎好，由于子午線輪胎的以上諸多優(yōu)越 性能，近半個(gè)世紀(jì)以來發(fā)展速度很快，目前，世界上子午線輪胎的產(chǎn)量已占輪胎總產(chǎn)量的80%上，發(fā)達(dá)國(guó)家早已基本上實(shí)現(xiàn)了輪胎的子午化，由此可見，子午線輪胎是輪胎工業(yè)的發(fā)展方向，這已成 為一股不可逆轉(zhuǎn)的潮流。(2)國(guó)內(nèi)轎車子午線輪胎研究現(xiàn)狀60 年代初我國(guó)就開始研制轎車子午線輪胎，從起步時(shí)間上來說，并不比美國(guó)和日本晚，但 由于種種原因，發(fā)展速度緩慢，子午化率一直很低，到 1980年，我國(guó)累計(jì)生產(chǎn)的子午線輪胎只有 335萬條，六五和七五期間，國(guó)家組織了子午線輪胎攻關(guān)及國(guó)產(chǎn)化，批準(zhǔn)了若干家輪胎生產(chǎn)企業(yè)率 先引進(jìn)國(guó)外技術(shù)

7、與裝備，經(jīng)過十幾年的發(fā)展，已成為了一定的生產(chǎn)規(guī)模。至八五末，從國(guó)外引進(jìn)子 午線輪胎生產(chǎn)技術(shù)的企業(yè)已有10多家，分別來自意大利的 Pirelli ,美國(guó)的Goodyear等公司。另外，企業(yè)與有關(guān)科研院所合作，走出了一條子午線輪胎國(guó)產(chǎn)化的開發(fā)路子，推動(dòng)了 我國(guó)輪胎子午化的進(jìn)程。2、發(fā)展趨勢(shì)我國(guó)轎車子午線輪胎與發(fā)達(dá)國(guó)家尚有一定的差距，需要在設(shè)計(jì)能力、材料制造能力方面下功夫，使我國(guó)轎車子午線輪胎制造工藝技術(shù)水平盡快達(dá)到世界先進(jìn)水平。歸納起來，我國(guó)輪胎未來的發(fā)展 方向主要有以下幾個(gè)方面：(1)防爆輪胎特點(diǎn) A.增加胎壁厚度B.使用高耐熱性的合成橡膠材材料；優(yōu)點(diǎn) A.保證行車安 全B.減輕車重C.降低油耗

8、(2)綠色輪胎特點(diǎn)A.滾動(dòng)阻力小B.廢氣排放少C.所用原材料為綠色材料D.保費(fèi)輪胎可重復(fù)利用；優(yōu)點(diǎn)A.降低油耗B.減小汽車排放C.環(huán)保、耐磨(3)無空氣輪胎特點(diǎn) A.不用充氣B.橡膠胎面用可彎曲的輻條連接到輪轂上 C.易裝配、拆卸；優(yōu)點(diǎn)A.不用保養(yǎng)B.不怕刺扎C.可節(jié)省大量橡膠材料、易翻新 D.提高汽車操控性、縮短剎車距離 (4)輪胎技術(shù)可以通過采用從這些納米級(jí)技術(shù)到輪胎大小尺寸的復(fù)合材料的分層結(jié)構(gòu)來滿足 各種性能要求，改善性能磨耗滾動(dòng)阻力、乘坐舒適性、耐磨性等 3、研究方法(1)有限元法(Finite Element Method )在輪胎設(shè)計(jì)中的應(yīng)用有限元法(finite element

9、method )是一種高效能、常用的數(shù)值計(jì)算方法?？茖W(xué)計(jì)算領(lǐng)域， 常常需要求解各類微分方程，而許多微分方程的解析解一般很難得到，使用有限元法將微分方程離 散化后，可以編制程序，使用計(jì)算機(jī)輔助求解。有限元法在早期是以變分原理為基礎(chǔ)發(fā)展起來的， 所以它廣泛地應(yīng)用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各類物理場(chǎng)中(這類場(chǎng)與泛函的極值問題 有著緊密的聯(lián)系)。自從1969年以來，某些學(xué)者在流體力學(xué)中應(yīng)用加權(quán)余數(shù)法中的迦遼金法(Galerkin)或最小二乘法等同樣獲得了有限元方程，因而有限元法可應(yīng)用于以任何微分方程所描述 的各類物理場(chǎng)中，而不再要求這類物理場(chǎng)和泛函的極值問題有所聯(lián)系?；舅枷耄河山饨o定的泊松

10、方程化為求解泛函的極值問題。(2) RCO1TI論(Rolling Contour Optimization Theory )設(shè)計(jì)法RCO礎(chǔ)論設(shè)計(jì)法又稱輪胎最彳t滾動(dòng)輪廓理論是1984年普利司通公司提出的，設(shè)計(jì)思想是讓輪胎的斷面輪廓符合于滾動(dòng)狀態(tài)下的形狀，打破以往采用靜態(tài)自然平衡的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，適用于轎車 子午線輪胎，解決的問題是接地面中的皺曲問題。(3) TCOTI論(Tension Contour Optimization Theory )設(shè)計(jì)法該理論是在 RCOT理論基礎(chǔ)上發(fā)展推出的，因此大部分理論公式、法向與徑向靜力平衡方程、 帶束層張力、胎圈張力、平衡輪廓計(jì)算以及有限元分析法計(jì)算等理

11、論公式，二者均為相似。著重解 決帶束層端點(diǎn)和簾布層反包差級(jí)處的應(yīng)力-應(yīng)變集中問題。(4) STEM(Strain Energy Minimization )理論設(shè)計(jì)法STEM(Strain Energy Minimization)理論設(shè)計(jì)法又稱負(fù)荷下應(yīng)變能最小化理論是日本橫濱公司1988年提出的，適用于鋼絲載重子午線輪胎，解決的問題是帶束層端部和胎體簾布層反包端點(diǎn) 容易出現(xiàn)應(yīng)力集中，在這些部位的應(yīng)變能也大的問題。4、應(yīng)用領(lǐng)域自80年代起呈現(xiàn)出許多新的輪胎設(shè)計(jì)方法，如：日本石橋(普利斯通)公司的 RCOT (最佳滾 動(dòng)輪廓)理論，適用于轎車子午線輪胎的設(shè)計(jì)；TCOT最佳張力控制)理論，適用于載重

12、子午線輪胎的設(shè)計(jì)；日本橫濱公司的 STEM應(yīng)變能量最小化)理論；日本東洋公司的DSOC態(tài)模擬最佳化輪胎形狀)理論，適用于載重子午線輪胎的設(shè)計(jì)；前蘇聯(lián)的CSSOT應(yīng)力-應(yīng)變周期優(yōu)化)理論，它除考慮輪胎幾何形狀外，還研究了材料分布對(duì)周期性應(yīng)力-應(yīng)變的影響。然而至今仍是普遍采用薄膜 理論。由于電于計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的開發(fā)，使輪胎各部位受力均勻的自然平衡輪廓設(shè)計(jì)方法，逐步演 變?yōu)楦鞑课粦?yīng)力合理分布的非平衡輪廓設(shè)計(jì)方法，特別是有限元分析法的引用，有可能真實(shí)地模擬 輪胎在實(shí)際使用狀態(tài)下的斷面輪廓形狀，并分析其應(yīng)力應(yīng)變的分布合理匹配，從而得到優(yōu)化方案以 設(shè)討輪胎的最佳輪廓形狀。三、對(duì)本課題將要解決的主要問題及解

13、決問題的思路與方法、擬采用的研究方法(技術(shù)路線)或設(shè)計(jì)(實(shí)驗(yàn))方案進(jìn)行說明(論文要寫出相應(yīng)的寫作提綱)1、本課題要解決的問題轎車子午線輪胎設(shè)計(jì)主要解決問題是輪胎負(fù)荷能力計(jì)算、模型外直徑D和斷面寬B的確定、斷面水平軸位置確定、斷面水平軸位置確定、行駛面寬度b和弧度高h(yuǎn)的確定、胎圈間距的選取、斷面高與斷面寬之比 、子午線輪胎帶束層的設(shè)計(jì)與計(jì)算、子午線輪胎胎面花紋的設(shè)計(jì)，建立三維模 型并對(duì)轎車子午線輪胎溫度場(chǎng)進(jìn)行有限元模擬分析，研究轎車子午線輪胎內(nèi)部溫度場(chǎng)的變化規(guī)律， 找出子午線輪胎溫升的影響因素，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)所表征的子午線輪胎溫度場(chǎng)變化趨勢(shì)，對(duì)子午 線輪胎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出合理的優(yōu)化方案。2、解決

14、問題的思路與方法(1)收集為設(shè)計(jì)提供依據(jù)的技術(shù)資料(2)確定輪胎的各部分參數(shù)(3)建立三維模型(4)進(jìn)行溫度場(chǎng)有限元分析(5)提出合理優(yōu)化方案3、設(shè)計(jì)方案(1)子午線輪胎設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備搜集技術(shù)資料作為設(shè)計(jì)依據(jù)與斜交輪胎設(shè)計(jì)前一樣，必須搜集有關(guān)的技術(shù)資料。例如：車輛類型及技術(shù)資料車速及路面條 件，輪軸情況，輪胎使用要求及經(jīng)濟(jì)性，安全性等。確定技術(shù)性能輪胎類型、規(guī)格、層級(jí)、簾布層數(shù)及胎面花紋型式；最大負(fù)荷和相應(yīng)內(nèi)壓；輪輛規(guī)格、尺寸及 輪廓曲線；充氣外胎外緣尺寸等。(2)確定骨架材料輪胎負(fù)荷能力計(jì)算輪廓設(shè)計(jì)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的選?。耗Ｐ屯庵睆紻和斷面寬B的確定；斷面水平軸位置確定；行駛面寬度b和弧度高h(yuǎn)的確

15、定。4、胎圈間距的選取5、 斷面高與斷面寬之比6、斷面輪廓曲線的設(shè)計(jì)7、建立三維模型ansys溫度場(chǎng)分析(1)建立有限元模型(2)施加載荷計(jì)算(3)后處理(4)提出優(yōu)化方案四、檢索與本課題有關(guān)參考文獻(xiàn)資料的簡(jiǎn)要說明1.莊繼德.現(xiàn)代輪胎技術(shù).M北京理工大學(xué)出版社2001-03.2,莊繼德.汽車輪胎學(xué).M.北京理工大學(xué)出版社1996-02.3.王加中,汽車輪胎選用手冊(cè),M,人民交通出版社1998-06.4,余志生,汽車?yán)碚?M,北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.5,王望予,汽車設(shè)計(jì).M,北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.6,蔡為民,我國(guó)輪胎工業(yè)的發(fā)展及其對(duì)世界輪胎工業(yè)的影響,J,輪胎工業(yè),2006年第

16、11期.7,談?dòng)窭?淺談中國(guó)輪胎工業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì).J,輪胎工業(yè),第29期,8,蔡為民,國(guó)內(nèi)外輪胎發(fā)展分析,J,輪胎工業(yè),2007年第12期.9,于清溪,鄭玉勝,輪胎工業(yè)技術(shù)進(jìn)步上,J,橡膠技術(shù)與裝備.2008年第11期.10,于清溪,鄭玉勝,輪胎工業(yè)技術(shù)進(jìn)步下,J,橡膠技術(shù)與裝備.2008年第12期.11,郡憲杰,付松,蔡習(xí)舟,黃明新,T125/70R16T型備用轎車子午線輪胎的設(shè)計(jì),J,2013 年第3期.12,朱永康,現(xiàn)代子午線輪胎平衡輪廓的確定及性能優(yōu)勢(shì),J,現(xiàn)代橡膠技術(shù)，2013年06期.13,楊開九,輪胎行業(yè)自動(dòng)化設(shè)備發(fā)展前景,J,科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2011年第03期.14,于清溪,輪

17、胎的綠色特性與發(fā)展,J,橡膠技術(shù)與裝備，2013年第01期.15, 丁劍平，俞淇,林惠音，姚鐘堯，子午線輪胎用纖維骨架材料的發(fā)展?fàn)顩r,J,橡膠工業(yè),2001年第05期，16,胡剛,張濤,BR/EPDM/有機(jī)粘土彈性體納米復(fù)合材料,J,橡膠參考資料，2015年第01期.17,成博文,佳通輪胎談延長(zhǎng)輪胎使用壽命的方法J,商用汽車2022 (15): 101.18,陳濤,趙永立,周志革等,汽車輪胎結(jié)構(gòu)的有限元分析J,河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2002.31(6): 111-115,19,洪宗躍,吳桂忠,有限元在輪胎設(shè)計(jì)中的應(yīng)用發(fā)展概況J,輪胎工業(yè),2005.25 ( 10):634-638.20,何 燕,輪

18、胎非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的研究D,武漢：華中科技大學(xué)，2005,21,XL,Yu,Traction prediction equations for radial ply tyres,J,Elsevier,D, Wulfsohn.22,Co Lx.Pneumatic radial passenger-car tire,P,S V - US Patent4,73.5249,2015,11,27-2016.02,282016,03,01-2016.03,152016,03,16-2016.04,20五、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程安排收集相關(guān)資料，完成前期準(zhǔn)備工作。根據(jù)所收集的資料完成開題報(bào)告。完成轎車輪胎子午線設(shè)計(jì)，其中包括輪胎負(fù)荷能力計(jì)算、模型外直徑b和弧度高h(yuǎn)的確D和斷面寬B的確定、斷面水平軸位置確定、斷面水平軸位置確定、行駛面寬度、子午線輪胎帶束層的設(shè)計(jì)與計(jì)算、子午線輪胎胎面2016,04,21-2016.05,212016,05,21-2016.05,312016,06,01-2016.06,15定、胎圈間距的選取、斷面高與斷面寬之比 花紋的設(shè)計(jì)，用三維