子午线航空轮胎结构设计及性能仿真研究

【类型】学位论文

【作者】张阁 

【关键词】 子午线航空轮胎 仿真模拟 ABAQUS 接触应力 变形 等效应力

【摘要】近年来随着子午线航空轮胎在航空运输业中使用的需求越来越广泛,研究者对子午线航空轮胎的开发与研究也越来越重视,其中利用相应的CAD/CAE软件进行一定的研究分析还有较大的发展空间。本课题以提高航空轮胎使用性能为出发点,研究设计了不同结构和不同材料分布的子午线航空轮胎,以军用子午线航空轮胎535-250R6型号为研究对象,运用仿真分析软件ABAQUS分别对三维非线性航空轮胎模型进行装配充气及落地冲击的静动态仿真模拟,通过提取数据并进行结果比较,可明显得出新结构子午线航空轮胎具有优异的使用性能。具体工作如下：1、本文运用有限元分析软件ABAQUS建立轴对称几何模型和三维非线性模型,采用rebar单元表征航空轮胎骨架材料的特性,采用适合于模拟不可压缩材料的杂交单元表征橡胶基体的材料非线性特征,对航空轮胎采用静态与动态相结合的分析方法进行计算。2、设计一种具有水滴形碳纤维复合材料胎圈芯的子午线航空轮胎,然后用软件ABAQUS对其进行静动态模拟分析,结果表明水滴形碳纤维复合材料胎圈芯子午线航空轮胎产生的最大接触应力值降低54.5%,降低应力集中现象,减少最大接触应力值；其胎体帘线所受的最大等效应力降低67.3%,提高航空轮胎胎体帘线的耐用性能；发明设计了水滴形碳纤维胎圈芯的主要成型装置,包括成型模具和模具装卡装置的设计,其中模具可以随着装卡装置进行转动,达到连续缠绕碳纤维复合材料直至形成水滴形碳纤维胎圈芯的目的。3、运用分析软件ABAQUS对三种不同胎体帘线延伸反包长度的子午线航空轮胎进行冲击地面仿真分析,结果对比表明采用全反包胎体帘线结构的子午线航空轮胎轴向位移最小,可降低航空轮胎胎侧部位橡胶鼓起等破坏形式；且其带束层在周向中间区域受到的应变及外力相对较小,等效应力分布相对均匀,可减轻航空轮胎带束层应力集中现象,防止带束层发生相应的破坏,延长航空轮胎骨架材料的使用寿命。4、提出发明了双刚圈结构子午线航空轮胎,运用ABAQUS软件对其落地瞬间进行动态分析,将模拟结果与普通航空轮胎进行对比,可得双刚圈结构子午线航空轮胎落地后的接地面积和变形要小于普通结构航空轮胎,表明外刚圈结构能够紧箍胎体,保持航空轮胎落地瞬间的圆形真圆度,进而滚动性能优良,减轻航空轮胎接地胎面的过度磨损,及时散发因摩擦产生的热量；其胎体帘线受到的最大等效应力值相对普通航空轮胎相应值降低了约67.7%,提高了航空轮胎胎体帘线的耐用性能,表明外刚圈结构能够保护胎体帘线,延长使用寿命。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】北京化工大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】刘勇

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