实心橡胶轮胎非线性粘弹性生热行为和滚动阻力的热力耦合分析
降低实心橡胶轮胎温升技术的研究进展
摘 要 ： 述 降 低 实 心橡 胶轮 胎 温 升技 术 的研 究进 展 状 况 。 实心 橡 胶 轮 胎 温 升 的 主要 成 因是 橡 胶 材 料 滞 后 生 热 、 概 实 心橡 胶 轮 胎摩 擦 生热 以及 橡 胶 材 料 导 热 性 能 不 好 ， 低 实 心 橡 胶 轮 胎 温 升 的 主 要 技 术 手 段 包 括 降 低 实 心 橡 胶 轮 胎 滞 降 后 生 热 以 及 加 强 实 心橡 胶 轮 胎 的 导热 性 能 ， 目前 实心 橡 胶 轮 胎 生热 的 主要 研 究 方 法 包 括 测 量 法 （ 触 式 测 量 法 和非 接 接 触 式 测 量 法 ） 有 限 元 分 析 法 和 动力 学 分析 测试 法 。 、 关 键 词 ： 心 橡 胶 轮 胎 ； 低 温 升 ； 术 手 段 ； 究 方 法 实 降 技 研 中 图 分 类 号 ： Ｑ３ ６ １ ３ Ｔ ３ ． 文献 标 志码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：０ ６８ １ ２ １ ） ４ｏ 一４ １ ０ —ｌ （ ０ １ ０一 ｌ８Ｏ ７ ９
１８ ９
轮
胎 工
业
２１ 年第 ３ ０１ １卷
降低 实心 橡 胶 轮 胎 温 升。 吴 行 郑 ，
（ ． 国人 民解 放 军 装 甲兵 工 程 学 院 装 备再 制 造 系 ， 京 １中 北 １０ ７ ；． 京 特种 车辆 研 究 所 ，Ｅ ０ ０ ２ ２北 』京 １０ ７ ） ０ ０ ２
２ １ 降 低 实 心 橡 胶 轮 胎 滞 后 生 热 ．
在车 辆高 速行 驶 过 程 中 ， 轮胎 受 到 周 期 性 的
压缩 应力 大 ， 生 周期性 的大应 变 ， 产 由于 橡胶 的粘 弹性 形成 滞后 生热 。滞 后 生热是 由橡 胶材 料 的交 变变 形 引起 的 ， 胶 材 料 在 动 态 往 复形 变 的条 件 橡
汽车轮胎滚动阻力研究综述
汽车轮胎滚动阻力研究综述
赵又群;郭硕;王峰;何鲲鹏;林棻;时西芳
【期刊名称】《重庆理工大学学报(自然科学)》
【年(卷),期】2024(38)1
【摘要】汽车轮胎稳态滚动阻力作为轮胎力学特性之一,对汽车的动力性、燃油经济性、制动性、操纵稳定性以及轮胎使用寿命等具有重要影响。
阐述了轮胎滚动阻力产生机理,总结了轮胎滚动阻力的试验测量、数值仿真和理论计算方法;分析了车轮结构参数及材料属性对轮胎滚动阻力的影响;指出了汽车轮胎滚动阻力研究的技术挑战及发展趋势,可为轮胎滚动阻力的研究提供一定的参考。
【总页数】8页(P1-8)
【作者】赵又群;郭硕;王峰;何鲲鹏;林棻;时西芳
【作者单位】南京航空航天大学能源与动力学院;江苏江昕轮胎有限公司;奇瑞新能源汽车股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U463.341.3;O241.82
【相关文献】
1.用于低滚动阻力载重汽车轮胎胎面胶的白炭黑填充天然胶配方
2.欧洲汽车轮胎滚动阻力及噪声测量方法
3.电动汽车轮胎滚动阻力与噪声协调设计及产品开发
4.超低滚动阻力胎面胶配方在电动汽车轮胎中的应用
5.汽车轮胎滚动阻力试验机测试方法分析
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载重子午线轮胎滚动阻力的热力耦合分析及 试验验证
第 10 期
李 昭等．载重子午线轮胎滚动阻力的热力耦合分析及试验验证
731
对 于 轮 胎 滚 动 阻 力 的 影 响，指 出 因 胶 料 的 热 力 耦 合特性使得轮胎滞后温升和滚动阻力的仿真分析 存 在 一 定 难 度。M. Johlitz等[20]基 于 前 人 获 得 的 胶料参数在开源有限元软件Pandas上二次开发了 胶 料 热 力 耦 合 算 法，该 算 法 可 预 测 不 同 温 度 下 胶 料 的 力 学 松 弛 行 为 和 滞 后 温 升，但 后 者 计 算 非 常 耗时，且目前仅停留在定性描述上。H. Aldhufairi 等 [21] 指 出 开 发 低 滞 后 温 升 胶 料 的 重 要 性，并 从 轮 胎结构布局、尺寸设计和胶料配方3个方面总结了 设 计 低 滚 动 阻 力 轮 胎 的 研 究 进 展，指 出 轮 胎 滚 动 阻力计算的难度及仿真分析方法的重要性。
3%～6%，如此不仅能够减少油耗，还可以 减少汽车尾气排放，达到节能减排的效果。
大 量 研 究[9-11]通 过 调 控 胎 面 胶 用 橡 胶 的 微 观结构和优化轮胎的生产工艺来降低轮胎在指 定 工 况 下 的 滞 后 损 耗 因 子，从 而 提 高 轮 胎 的 燃 油 效 率，降 低 滚 动 阻 力 和 动 态 温 升。 然 而 这 些 试 验 方 法 可 能 存 在 耗 时 长、成 本 高、多 因 素 影 响 相 互 耦 合 等 不 足。 数 值 仿 真 方 法，尤 其 是 有 限 元 分 析法因其研发周期短以及成本低的优势在轮胎 的 早 期 设 计 中 深 受 关 注 [12-13]。S. Ghosh 等 基 [14] 于 有 限 元 的 计 算 方 法，探 究 了 胎 面 胶 中 加 入 微 纳 米混合填料的乘用车轮胎滚动阻力的变化情况， 研究结果表明在胎面胶中添加双相填料能够降 低 轮 胎 滚 动 阻 力。K. Yokota等[15]将 轮 胎 和 环 境 的热交换作为一个重要影响因素来研究轮胎的 滚 动 阻 力 和 温 度 场 分 布。T. G. Ebbott等 基 [16] 于 S. Futamura[17]提 出 的 变 形 指 数，通 过 非 迭 代 计 算 方 法 得 到 了 充 气 轮 胎 稳 态 温 度 分 布，极 大 地 简 化 了基于完全耦合的迭代算法的动态温升计算方 法。J. R. Cho等 预 [18] 测了三维含花纹块的充气轮 胎 温 度 分 布 图、滚 动 阻 力 以 及 轮 胎 各 部 件 对 于 整 体 功 率 损 耗 的 贡 献 率。J. Ejsmont等[19]通 过 试 验 研究温度（轮胎自身温度、路面温度和空气温度）
实心橡胶自行车胎动力学特性及影响因素分析
241第2期2021年2月机械设计与制造Machinery Design & Manufacture 实心橡胶自行车胎动力学特性及影响因素分析初红艳，王瑞，陈 其,洪英洁(先进制造技柑匕京市重点实验室,北京工＜大学先进制造与智能技术研究所，北京100124)摘要:轮胎是自行车的重要组成部分和承载部件。
本研究基于某晶牌单车实心橡胶轮胎，通过橡胶超弾-黏弹本构模型 的建立，对实心橡胶轮胎进行瞬态动力学仿真，分析其应力、应变，中心轴垂直位移等特性，得出材料与轮胎应力、应变、中心轴在垂直方向跳动之间的关系。
结果表明:橡胶材料硬度对应力、应变以及轮胎中心轴垂直方向跳动均有较大影响； 利用正交试验得出影响应力、应变和中心轴垂直方向跳动的尺寸主因素皆为轮胎厚度，分别研究轮胎厚度和直径与应力，应变和中心轴垂直方向跳动的关系。
结果表明，轮胎厚度相比直径对应变、应力以及轮胎中心轴垂直方向跳动均有较大影响。
关键词:实心自行车轮胎;橡胶;应力应变;中心轴跳动;正交试验中图分类号:TH16;TQ333.7文献标识码:A文章编号:1001-3997(2021 )02-0241-05Analysis of Dynamic Characteristics and InfluencingFactors of Solid Rubber Bicycle TiresCHU Hong-yan, WANG Rui, CHEN Qi, HONG Ying-jie(Technology Institute of Advanced Manufacturing and Intelligent Technology of Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)Abstract ： Tires are one of the most essential part of the bicycle and the loading part. This research is based on solid rubbertires of a certain brand of bicycle ,the transient dynamic simulation of solid rubber tires was carried out by establishing thehyper elastic ^viscoelastic constitutive model of rubber.Through, this way, the features qf the stresses and strains on tires andthe vertical displacement of central shcfi can be analyzed. Meanwhile , the research can get the relationship among rubber materials , stresses and strains on tires and the vertical j umpiness of central shcfi. The result shows that the hardness of rubbermaterials have great effects on tires 9stresses and strains and the vertical jumpiness qf tires 9central shcfiJn addition,the orthogonal experiment revels that the thickness of tires is the main size factor that effects the stresses and strains on tires andthe vertical jumpiness of central shcfi. After testing the relationship among tires' thickness , diameter, stresses and strains ontires and the vertical jumpiness qf central shcfi. The result shows that tires 9 thickness has greater impact on tires f s tresses and strains and the vertical j umpiness of t ires ' centred shcfi compared with tires 'diameter.Key Words ：Solid Bicycle Tires ； Rubber ； Stresses and Strains ； The Jumpiness of Central Shaft ； Orthogonal Experiment1引言随着共享单车的逐渐发展,自行车越来越多样化，仅在轮胎这一方面，就存在许多差异，如材料的不同、实心与空心的区别以 及尺寸的不同等。
实心轮胎温升的有限元与试验分析
在一个周期内单位体积所耗散的能量是为 ΡΕ
tan∆, 这些耗散能量以热能形式作实心轮胎温 度场的热载荷:
Q = ΡΕ tan ∆
(3)
再根据实心轮胎的滚动线速度 Τ(km h ) 和轮胎 直径D (m ) 可确定滚动周期:
T = 3. 6ΠD Τ
(4)
式 (3)、(4) 代入式 (2) , 得节点生热率计算公
台架试验的两种载荷分别为 4500 N 、6000 N , 转速为 320 r m in (相当于 40 km h)、450 r m in (相当于 58 km h)。 试验结果列于 T ab. 3 和 T ab. 4 (环境温度 20 ℃)。
Tab. 4 Tem pera ture of polyurethane sol id tire
式:
Qϖ = ΤΡΕ tan∆ (3. 6ΠD )
(5)
式 (4)、(5) 中: Ε——工程应变。因为A N S YS 的
输出应变为对数应变, 在用式 (5) 时必须先将对
数应变转化为工程应变。
选取轮缘材料的中截面, 得到该截面的各
节点应力值 Ρ 和应变值 Ε。从而可以计算得到各
节点生热率, 即可作为热载荷施加于实心轮胎
所产生的热量 (J m 3) , 可由下式计算[4 ]:
∫ Q = Ρ(dΕ d t) d t
(1)
式中: Ρ——节点径向应力 (Pa) ; Ε——节点径向
工程应变。 轮胎转动 1 周的平均节点生热率Qϖ (J m 3
s) , 可计算为:
Qϖ = Q T
(2)
式中: T ——实心轮胎滚动周期 (s)。
T im e (h)
L o ad (N )
W h irling sp eed ( r m in)
考虑轮胎空气耦合传热的轮胎温度场分析
考虑轮胎空气耦合传热的轮胎温度场分析王国林;裴紫嵘;周海超;傅乃霁【摘要】针对目前在轮胎温度场有限元分析中对流换热系数计算方法泛化能力不强的问题,提出了利用CFD方法分析轮胎与空气耦合传热来确定对流换热系数的方法.以12.00R20全钢载重子午线轮胎为研究对象,采用耦合传热方法,对旋转轮胎处于静止空气域时的各种工况进行仿真得到对流换热系数,并应用于轮胎温度场有限元分析中.通过对有限元仿真结果和试验结果的对比,说明了该方法的有效性.%To improve the generalization capability of calculating convective heat transfer coefficient for die FEA of tire temperature field, the way using CFD to analyze conjugated heat transfer between the tire with airflow is presented. With 12.00R20 all-steel radial tire as the research object, and applying conjugated heat transfer method, the convective heat transfer coefficient is obtained from the simulation of different conditions of rolling tires in airflow and applied in FE analysis of tire temperature field. Finally it is validated that this method is feasible through the comparison of FE simulation result with that of experiment.【期刊名称】《汽车技术》【年(卷),期】2012(000)009【总页数】4页(P15-18)【关键词】轮胎;温度场;耦合传热;有限单元法;对流换热系数【作者】王国林;裴紫嵘;周海超;傅乃霁【作者单位】江苏大学;江苏大学;江苏大学;江苏大学【正文语种】中文【中图分类】U463.3411 前言轮胎温度场分析中，轮胎生热主要由橡胶材料的迟滞损失产生，轮胎与外界的换热以对流换热为主，而对流换热系数的确定是轮胎温度场准确预测的关键。
子午线轮胎直行和侧滑滚动过程的热力耦合动态分析
料, 采 用 广泛 应用 于 碳黑 补 强橡 胶 的 GH I N模 型 ,
弹性 材 料 , 弹性 模 量 为 " 泊 松比 为 # # ’ )T: 3 , ’ / ’
收 稿 日 期 !" # # $ % & # % & & ’ 作 者 简 介 !王 立 志 ( 男, 硕士 研 究 生 武汉, 华中科技大学土木工程与力学学院( & ) * " % + , . / # # 0 . + ’
王立志 & 刘小虎 & 唐 宏 "
华中科技大学 ( & ’ 土木工程与力学学 院 ,湖北 长春 武汉 . / # # 0 . 一汽轿车股份有限公司 ,吉林 " ’ 摘 & / # # & & +
要! 轮 胎在路面上直行和 侧滑滚动是复杂的 热力耦合过程 , 对于深入了解 轮胎的力学 性能 , 优化轮胎的 承
# ; %
密度 ) 012 . * / ’( 7 ’’ 7
表 : 橡胶和沥青的热力参数 参数 热传导系数 < 比热能 A 单位 =) > 10? @ ) > 0 ?@ * B * / 橡胶
路面 ( 5 3 ( ( 5 6 时刻充气 " 车载施加完毕 D 车辆开始行驶 @ > ( 5 9 I 图 8 轮胎中心竖直方 向位移随时间历程曲线
E / F 时候 的接 地印 痕 ’ GH I J K % L M NO < J 等 对滚 动 轮胎
进行 了 稳态 条 件 下的 温 度 场 分析 , 分 析 了 在不 同 转速 下 , 由 于轮 胎 黏 弹性 材 料 的 滞后 所 引 起的 变 形 能, 最 终 导 致 行 驶 轮 胎 产 生 的 温 度 积 累’ 尹伟
滚动轮胎热分析研究进展
滚动轮胎热分析研究进展
程钢;赵国群;管延锦
【期刊名称】《弹性体》
【年(卷),期】2007(017)004
【摘要】汽车安全、节能、环保己成为当今汽车工业发展的主题,这要求与之匹配的轮胎性能相应提高.汽车轮胎是由橡胶及橡胶基复合材料构成的,它是集材料、几何、边界接触非线性以及热状态于一体的复杂结构体,轮胎力学场与温度场的分析十分复杂.对轮胎生热机理、橡胶损耗因子、温度场测定的计算研究等进行了介绍,滚动轮胎热分析研究已成为了轮胎工作者广泛关注的课题,对于指导轮胎设计、车辆安全行驶等具有十分重要的现实、经济和社会意义.
【总页数】4页(P59-62)
【作者】程钢;赵国群;管延锦
【作者单位】山东建筑大学,机电工程学院,山东,济南,250101;山东大学,模具工程技术研究中心,山东,济南,250061;山东大学,模具工程技术研究中心,山东,济南,250061【正文语种】中文
【中图分类】TQ336.1
【相关文献】
1.高速滚动汽车轮胎温度场的非稳态热分析 [J], 李幼德;赵子亮;王庆年;初亮;李杰
2.滚动轮胎的稳态热分析 [J], 金淑霞
3.滚动轮胎温度场分布及温度控制研究进展 [J], 张岩;李庆领
4.降低轮胎滚动阻力的材料研究进展 [J], 王文芳;董栋;
5.基于滚动状态轮胎温度场的稳态热分析 [J], 赵子亮;王庆年;李杰;李幼德;初亮因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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实心橡胶轮胎非线性粘弹性生热行为和滚动阻力的热力
耦合分析
实心橡胶轮胎是目前使用最为广泛的车辆轮胎之一，其具有非线性粘弹性特性和生热行为。
在实际使用中，由于摩擦力和变形过程中存在能量耗散，轮胎会产生热量，导致温度升高，从而影响轮胎的性能。
因此，研究实心橡胶轮胎的热力耦合行为对于轮胎的设计和性能优化具有重要的意义。
首先，实心橡胶轮胎的非线性粘弹性特性是指在应力作用下，轮胎会产生应变，且这种应变与应力之间的关系是非线性的。
实心橡胶轮胎的材料通常具有非线性的应力-应变关系，例如高应变下的刚度变化、损伤行为和塑性变形。
因此，为了描述实心橡胶轮胎的非线性粘弹性特性，需要采用适当的力学模型进行建模，如本构方程模型和本构关系模型。
这些模型可以通过实验测试来获得材料的力学性质和参数，例如应力-应变曲线和模量。
其次，实心橡胶轮胎在滚动过程中会受到滚动阻力的影响，这是由于轮胎与路面之间的摩擦力产生的。
滚动阻力主要包括滚动摩擦力、变形阻力、轮胎内部摩擦力和轴向力等。
滚动阻力不仅会对实心橡胶轮胎的滚动性能产生影响，还会引起轮胎的温度升高和能量消耗。
因此，研究实心橡胶轮胎的滚动阻力是实现热力耦合分析的关键。
最后，实心橡胶轮胎的热力耦合行为与温度的变化密切相关。
实心橡胶轮胎在使用过程中，由于摩擦和变形过程中的能量耗散，会导致轮胎温度的升高。
实心橡胶轮胎的温度升高会对其力学性能和耐久性产生影响。
通过对实心橡胶轮胎的热力耦合分析，可以预测轮胎在不同工况下的温度
分布、应变场和应力场，并进一步探索轮胎在不同操作条件下的性能峰值和失效机制。
总之，实心橡胶轮胎的非线性粘弹性特性与滚动阻力和热力耦合行为是轮胎研究中的重要问题。
通过对实心橡胶轮胎的热力耦合分析，可以深入理解轮胎在使用过程中的力学行为和温度变化规律，为轮胎的设计和性能优化提供有力的理论依据。