ANALYSIS OF GROUNDING CHARACTERISTICS AND STRAIN ENERGY OF RADIAL TIRES WITH RADIAL STIFFNESS1)

利用轮胎综合试验机对径向刚度下子午线轮胎进行性能试验,采用正交试验法针对不同胎压、垂向载荷下轮胎的接地特性进行分析,结合仿真软件ABAQUS与试验进行对比。结果表明,橡胶材料Mooney-Rivli模型也具有一定的适用性,胎压增大时径向刚度发生线性变化,胎面印痕由椭圆形转变成近似矩形,印痕面积略微增大;随着胎压的不断增大,胎面印痕的面积显著减小,接触面的压力主要集中在胎肩,胎冠处也有所增加;胎压一定时,垂向载荷逐渐增大时,整个印痕面的应力呈对称分布,印痕面应力由内高外低逐渐向外高内低变化。建立数学模型与有限元软件同时对轮胎进行应变能分析,发现在低胎压150 kPa下受载荷时轮胎容易发生微小侧向位移同时发生变形,此时极易引起迟滞损失并造成应变能急剧增加。     

轮胎磨损颗粒物形貌及产生机理的实验研究

采用自行设计的磨损试验机采集轮胎-路面摩擦副产生的轮胎磨损颗粒物,通过光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)分析和讨论了不同负载、速度和胎压工况影响下磨损颗粒物的表面形貌、粒度及磨损胎面形貌,建立了磨损颗粒物与胎面磨损形态的关系.结果表明:轮胎磨损颗粒物的粒度和数量类似正态分布,粒度主要集中在100~300μm.轮胎磨损颗粒物的主要产生机理是胎面疲劳剥落,形式主要为片状剥落和卷曲磨损共存,卷曲磨损会导致更多的磨损颗粒物脱离.载荷可使两种磨损形式的主导地位发生转变.接触界面应力提高会使团絮状胎面磨损颗粒物增多,速度增大会明显减小磨损颗粒物粒度.对小于10μm颗粒物来说,工况对其数量影响的主次顺序依次为速度、胎压和载荷.本研究可以为减少因轮胎磨损而导致的磨屑次生危害提供可供借鉴的理论指导.     

帘线角对子午线轮胎力学性能的影响——基于含复杂花纹的轮胎有限元静力分析研究

使用组合模型技术构建了计及复杂胎面花纹且具有不同带束层帘线角的一系列轮胎有限元模型,所有模型沿轮胎周向的网格均是非均匀划分的,在接地区划分得较精细以得到更精确的分析结果;使用多种试验结果与计算结果对比的方法对模型和算法进行了较充分的考评;在此基础上研究了带束层帘线角对静负荷状态下轮胎结构力学性能的影响.研究结果表明,轮胎径向刚度随帘线角的增加而减小,并在帘线角超过25.4°后急剧减小;胎肩部橡胶危险区域的应力应变水平随帘线角的增加先增加后减小,并均在19.4°附近达到最大值.此外,带束层帘线沿横向变角度铺设的轮胎具有较好的力学性能,在保证较高径向刚度的同时,改善了带束层帘线和胎肩部橡胶的受力状况.     

一种轿车车轮应力状态测量与分析方法

基于台架应变测试试验方法,研究轿车车轮在疲劳试验中的应力状态。结果表明:车轮的径向疲劳试验时,轮胎会对车轮的载荷产生较大的影响,轮胎与转鼓的挤压变形以及正反转动都会对车轮的应力状态产生影响;车轮径向疲劳试验时,最大应变出现在轮辋与轮胎接触位置沿车轮圆周方向,而在靠近轮心位置的应变较小;车轮弯曲疲劳试验时,最大应变出现在轮辐靠近轮心的位置,最大应变出现在轮辐的长度方向;不同的载荷对车轮应变的变化规律并没有影响,但是会对最大和最小峰值产生影响。     

一种轿车车轮应力状态测量与分析方法

基于台架应变测试试验方法,研究轿车车轮在疲劳试验中的应力状态。结果表明:车轮的径向疲劳试验时,轮胎会对车轮的载荷产生较大的影响,轮胎与转鼓的挤压变形以及正反转动都会对车轮的应力状态产生影响;车轮径向疲劳试验时,最大应变出现在轮辋与轮胎接触位置沿车轮圆周方向,而在靠近轮心位置的应变较小;车轮弯曲疲劳试验时,最大应变出现在轮辐靠近轮心的位置,最大应变出现在轮辐的长度方向;不同的载荷对车轮应变的变化规律并没有影响,但是会对最大和最小峰值产生影响。     

2.5维自愈合C/SiC复合材料的压缩力学行为

试验研究了2.5维自愈合C/SiC复合材料的压缩力学行为,根据材料的细观结构特点,建立了压缩载荷下的损伤力学模型,得到了经纬向压缩的非线性应力应变关系,预测结果与试验值吻合较好。结果表明,经向和纬向的力学行为不同,纬向的压应力逐渐增大时,切线模量逐渐增大,压缩强度为270.05MPa,而经向压应力逐渐增大时,层间损伤逐渐发生,经纱承受的弯矩越来越大,切线模量逐渐降低,破坏强度为128.66MPa。     

扁平化对子午线轮胎力学性能影响的有限元分析

以185/60R14半钢子午线轮胎为参考轮胎,通过改变断面高和改变断面宽两种方式构建了不同扁平率的一系列轮胎模型,采用ABAQUS/Standard软件对不同高宽比的轮胎进行了系统的研究.结果表明,通过减小断面高和增大断面宽两种方式实现轮胎的扁平化,将会产生不同的效果:前者会导致轮胎胎圈部三角胶内的应变能密度明显增大:后者则会使带束层帘线拉力的最大值明显降低,带束层帘线中部的应力状态由受压变为受拉,轮胎胎冠部橡胶结构危险区域的Mises应力和应变能密度均明显减小,对胎侧部和胎圈部的力学行为影响则很小.由此,可以利用增大胎冠部宽度而保持轮胎其他部位结构不变的简单方法实现子午线轮胎的扁平化.     

循环荷载下硅藻土应变和孔压特性

针对嵊州硅藻土的高结构性及地基应力场的复杂多变，应用GDS 动三轴仪进行不同围压和不同循环应力比下的不排水循环加载试验，分析应力-应变滞回曲线演化、应变累积特性、回弹特性及孔压特性．研究表明：循环应力比及围压对原状硅藻土应变和孔压的发展规律影响明显，随着循环应力比的增加，滞回曲线由线性状态转变为非线性状态，且逐渐向x 轴倾斜，累计应变和回弹应变都随着循环应力比的增加而略微增加，但总应变基本小于2 %；残余孔压比随循环应力比增大而增大，范围为0.1~0.5．并且存在一个临界循环应力比，其值随有效围压的增大而减小，范围为0.8~2.2，当循环应力比大于该值时，试样内部产生一个破裂面迅速发生破坏．在相同循环应力比下，试样的应变随着有效围压的增大而增大．     

紧凑拉剪试样中Ⅰ/Ⅱ复合型穿透裂纹的三维特性分析

进行了Ⅰ/Ⅱ复合型载荷作用下航空结构铝合金CTS试样线弹性的全场三维有限元计算,分析了复合型离面应力约束因子Tz和面内约束T应力的分布特性,研究了厚度和载荷条件对应力各分量及应力三轴性水平Rσ、应变能密度U0的影响以及这些量在实验中观察到的裂纹起裂方向上的特点。结果表明：（1）平面内约束T应力在此种试样形式下为零;（2）复合型裂纹的三维效应区与厚度成正比,为0.4-0.5B,与载荷条件基本无关,但是厚度效应随着载荷角的减小逐渐变小,到II型载荷时基本消失;（3）离面约束因子Tz随着径向和厚度尺寸的增加逐渐减小,但在周向基本不发生变化;（4）最小应变能密度U0min的方位能够表征此种材料三维复合型断裂的裂纹起裂方向。研究结果为建立三维复合型断裂准则提供了理论基础。     

固-液结合面法向动态接触刚度及阻尼的理论模型与实验分析

固-液接触状态广泛存在于机床核心单元关键零部件的接触运动副中,精确获得固-液结合面法向接触刚度及阻尼参数是高档数控机床产品在研发阶段就存在的一个关键理论与技术问题,并且仍然尚未根本解决。固-液结合面在介观层面上表现为两个粗糙表面的接触,在微观层面上表现为微凸体之间的接触,并在中/重载荷作用下微凸体可能会发生弹性/弹塑性/塑性变形。为了揭示静动态外载荷对固-液结合面接触刚度及阻尼的影响,分别基于GW模型、KKE模型和AF模型对接触微凸体弹性/弹塑性/塑性变形展开研究,并结合流体动力润滑REYNOLDS方程,建立了考虑接触微凸体弹性/弹塑性/塑性变形的固-液结合面接触刚度及阻尼模型。并对其进行实验验证,结果表明：随着预载荷的增大固-液结合面法向动态接触刚度表现出先减小后增大的规律,当接触载荷小于某阈值时动态接触刚度较大,反之静态接触刚度较大;法向动态接触刚度随着法向相对位移幅值的增大而增大,在低载荷时呈线性规律,而高载荷呈非线性规律;法向动态接触刚度随激振频率增大呈线性增大,且载荷越大线性斜率越小。对于法向接触阻尼,随着法向相对位移幅值和接触载荷增大呈非线性增大,随着激振频率增大几乎不变。精确获得固-液结合面法向接触刚度和阻尼及其关键因素的影响规律,对机械系统的分析、设计、优化以及静、动态性能控制都具有重要的理论意义。     

弹塑性本构积分算法

本文运用模态应力,模态应变等概念,发展了一种本构积分中点算法。在简正坐标系下得到简单的算法公式。并对算法的精度和稳定性进行了计算验证和理论分析。本文算法的精度和稳定性比通用的屈服面校正方法——切线刚度—径向拉回方法要好。该法对复杂载荷情况下的弹塑性分析有一定的价值。     

水平层状岩体边坡动力响应中的结构面效应研究

根据应力波传播原理分析了水平层状岩体边坡中应力波传播特征,建立了应力波在该类边坡中传播的模型。利用离散元软件UDEC分析了不同频率垂向压缩应力波作用下边坡动力响应规律中的结构面效应。结果表明:边坡中的水平层面对坡顶的动力响应有明显影响。低频应力波作用下,水平层状岩体边坡坡顶的垂向峰值速度较均质坡体相同部位的峰值速度的增加值随坡高增加而增大。较高频率应力波作用时,边坡顶部靠近坡面的垂向峰值速度高于无结构面边坡相同部位的峰值速度,远离坡面时情况相反; 坡顶垂向峰值速度大小呈周期性变化,输入应力波频率越大该变化频次越高。研究结果将有助于进一步揭示各种不同岩体结构类型边坡在动力荷载作用下损伤机理及破坏模式。     

油管的疲劳强度分析

疲劳断裂是油管失效的形式之一,本文针对抽油机井常用油管(J55,2 ")在循环载荷作用下的断裂问题进行了理论与实验研究。实测了井口处油管载荷谱与应变谱,得到了油管载荷的变化规律,同时通过在室内建立模拟油管工况的试验台,得到了油管从上扣到加载的全过程中油管螺纹段内壁的环向、轴向、剪应变等的变化规律。并且采用油管螺纹段轴对称接触模型进行了弹塑性有限元分析,计算了油管螺纹内的应力应变场,发现油管内第一啮合齿齿根处应力应变最大,应力已经进入屈服阶段,油管是在高应力应变水平和低应力应变幅状态下工作。并利用局部应力应变法进行了相应的疲劳实验,得到油管的疲劳断裂条件,当油管内的应力应变进入强化段εeq>10-2ε,塑性应变幅超过4×10-5ε时,油管就会发生疲劳断裂。     

非稳态纯滚动接触弹塑性分析

建立了二维弹塑性非稳态循环纯滚动接触有限元模型.材料本构采用一种较好的循环塑性模型,并通过材料用户子程序在通用有限元软件ABAQUS中自定义该本构模型.通过在弹塑性无限半空间表面上重复移动随时间按简谐规律变化的赫兹法向载荷来模拟非稳态循环纯滚动接触过程.通过数值模拟,得到接触表面附近的残余累积变形、应变和残余应力.不同的最大赫兹接触压力对残余应力和残余应变影响较大.在简谐变化的法向接触载荷作用下接触表面的变形呈波浪形,随着滚动次数的增加,该波状表面沿载荷移动相反方向逐渐移动,但移动速率要衰减.波状表面波谷处的残余应力、应变和变形大于波峰处.随滚动次数的增加,残余应力增大但很快趋于稳定,残余应变也增大但增大速率衰减.     

循环荷载作用下聚丙烯纤维再生混凝土受压性能试验研究

为研究循环荷载作用下聚丙烯纤维再生混凝土(PFRAC)的力学性能，以粗骨料取代率、纤维掺量、加载速率为变化参数，设计了78个圆柱体试件进行单轴循环受压试验。通过试验观察PFRAC的破坏形态，获取了应力-应变曲线、峰值应力、峰值应变、刚度退化等重要指标，研究了不同变化参数对其力学性能指标的影响规律，得到了循环荷载作用下聚丙烯纤维对再生混凝土的阻裂机理。结果表明：循环荷载作用下PFRAC主要发生斜向劈裂破坏；随着聚丙烯纤维掺量的增加，试件表面主裂缝宽度减小；循环荷载下PFRAC试件受压应力-应变曲线包络线与单调受压应力-应变曲线相似；聚丙烯纤维的加入可显著改善PFRAC循环荷载下的力学性能，随着纤维掺量的增加，峰值应力、弹性刚度比先增大后减小；纤维掺量为0.9%时的纤维改性效果最优，峰值应力和峰值刚度比分别提高了4.4%和7.4%。     

基于图形测量技术的煤岩力学三轴试验研究

为研究初始围压对煤岩力学特性的影响,以王庄煤矿9105工作面煤体为研究对象,通过HC-SPT-100型高压三轴试验机、HC-U7型非金属超声波探测仪、4K科研相机等仪器,利用数字图像测量技术开展不同初始围压下原煤试件加载试验,探究不同围压对煤体弹性模量、峰值应变、残余应力和破坏裂隙的影响规律,研究结果表明：弹性模量、峰值应变和残余应力随围压的增大而增大;随围压的增大各峰值应变增长速率不同,轴向峰值应变增长速率最快,体峰值应变增长速率次之,径向峰值应变增长速率最慢;不同围压加载破坏下煤体裂隙特征明显,主要以斜交裂隙为主;采用Jaeger法求得不同围压下煤岩体破坏临界强度值与试验值比较误差较小,符合Jaeger单结构面理论．     

油管的疲劳强度分析

疲劳断裂是油管失效的一种形式 ,本文针对抽油机井常用油管 (J5 5 ,2 1/ 2″)在循环载荷作用下的疲劳断裂问题进行了理论与实验研究。在实测油管载荷谱与应变谱的基础上应用弹塑性有限元法计算油管螺纹内的应力应变场 ,并进行了有关的疲劳实验 ,以得到油管的疲劳强度。油管内第一啮合齿齿根处应力应变最大 ,应力已经达到屈服阶段 ,油管是在高应力应变水平和低应力应变幅状态下工作。当油管内的应力应变进入强化段εeq >1 0 - 2 ε,塑性应变幅超过 4× 1 0 - 5ε时 ,油管就会发生疲劳断裂     

脉动流条件下血管壁的应力分布

为了分析血液-血管耦合运动所产生血液脉动压力载荷对血管壁应力分布的影响,利用线性化的血液-血管耦合运动方程的Womersley解,导得血液脉动压力载荷下的血管壁Green应变,同时利用Fung的血管壁应变能密度函数,导得相应血管壁应力分布的一般表达式.数值结果表明,在脉动流条件下,当考虑血液-血管耦合运动时,血管壁中周向应力最大,轴向应力居中,径向应力最小;血管壁的残余应力将明显减小血管内壁的应力集中;脉动压力载荷将导致血管壁周向应力在一个心动周期中随时间的脉动,而且随着Womersley数α和血管轴向约束参数K*的增大,血管壁周向应力的脉动将明显加剧,提示在分析动脉重建时必须计及血液-血管耦合运动对血管壁应力分布的影响.     

脉劝流条件下血管壁的应力分布

为了分析血液-血管耦合运动所产生血液脉动压力载荷对血管壁应力分布的影响,利用线性化的血液-血管耦合运动方程的Womersley解,导得血液脉动压力载荷下的血管壁Green应变,同时利用Fung的血管壁应变能密度函数,导得相应血管壁应力分布的一般表达式.数值结果表明,在脉动流条件下,当考虑血液-血管耦合运动时,血管壁中周向应力最大,轴向应力居中,径向应力最小;血管壁的残余应力将明显减小血管内壁的应力集中;脉动压力载荷将导致血管壁周向应力在一个心动周期中随时间的脉动,而且随着Womersley数α和血管轴向约束参数K～＊的增大,血管壁周向应力的脉动将明显加剧,提示在分析动脉重建时必须计及血液-血管耦合运动对血管壁应力分布的影响.     

三向受压混凝土的动态特性研究

为探究混凝土在三向受压状态下的动态特性,利用自行研制的大型多功能三轴材料试验机,进行不同应变速率(10^-5/s、10^-4/s、10^-3/s、10^-2/s)下混凝土不同定侧压比(1:1、2:1、3:1、4:1)的动态真三轴抗压试验,研究了混凝土在动态抗压下的强度和变形特性。结果表明:混凝土在三向受压状态下表现出明显的应变率效应,峰值应力随着应变速率的增加先减小后增大,峰值应力减小最大幅度为5.42%而后开始增大,最大增幅为18.22%。而峰值应力随着侧压比的增大而增大,到达3:1时应力速率敏感性降低。混凝土的峰值应变在低侧压比(1:1和2:1)时随着应变速率的增加而减小,而在侧压比较高(3:1和4:1)时先减小再增大。随着应变速率的增加,裂纹开始从骨料处产生,塑性应变增大,导致峰值应变增大;在动态加载条件下,峰值应变随着侧压比的增大有先增大后减小的趋势。较高侧压比时混凝土的弹性模量随着应变速率的增加具有增大的趋势,最大增幅为240.66%。应力-应变曲线上升段随着应变速率增大越来越陡峭。试件的破坏形态随着侧压比的增大从柱状破坏变为斜剪破坏。