目的与意义

近年来随着汽车行业的迅猛发展，市场中汽车种类和数量不断增加，随之而来的客户需求也在不断提升，这就对汽车的各种工作性能有了更高的要求。汽车的安全性能是众多要求中极其重要的一环，而轮胎作为汽车与地面的唯一接触部位，它在汽车支撑载荷，传递驱动、制动力方面具有重要作用，影响了汽车驾驶的安全性和舒适性。

由于轮胎的接地印记可以很好的反映轮胎和地面之间的接触状态，并且可以通过软件分析得出轮胎在不同应力作用下的变形情况，因此也成为国内外轮胎研究方面的重要研究方向。利用有限元技术研究轮胎的应力状态，可以简化轮胎的受力情况，方便计算结果较为符合实际情况并且效果直观，因此借助数值模拟软件解决问题的方法越来越受重视，同时也为轮胎的设计和开发提供了强有力的工具。

本文通过数值计算的方法，对轮胎接地的不同情况进行研究，主要为静止状态和运动状态，通过软件对上述两种情况下的轮胎进行模拟仿真，分析仿真结果并与实测结果做对比，最后对实验所用轮胎的工作性能做出估计。

研究轮胎在运行过程中的应力场变化情况，可以提出汽车的安全行驶速度、载荷等方面的变化范围，为汽车的安全行驶提供保障，具有重要的现实意义和实用价值。

国内外研究现状

轮胎的应力情况对于轮胎的综合性能有着重要的影响，针对轮胎的应力问题研究已经受到国内外学者的广泛关注，同时关于这方面的研究方法也在不断发展。有限元理论的出现为解决这一问题提供了理论基础，通过简化实际问题，将实际问题转化为一些可以精确计算的问题从而得出近似解，成为行之有效的工程问题解决方法，国内外的学者根据这一研究方法发表了很多研究报告。

张红军利用ANSYS8.0软件对子午线轮胎进行了研究，建立了子午线轮胎在几种不同接触状态下的有限元模型并得出分析结果，成功模拟出轮胎-地面的静态接触状况，发现下坡时轮胎受力状态变化显著^[1]。丁剑平等人利用MSC MARC软件对轮胎进行有限元分析，轮胎接地印记大小、应力分布与实测结果吻合，并且还对胎圈部分进行受力分析，计算结果也与实际结果保持一致^[2]。米伟等人利用三维软件建立轮胎模型之后进行了静态和动态仿真计算，得出轮胎的压力分布^[3]。陈睿利用ABAQUS软件建立了一个非常精密的轮胎模型，分析结果表明改善轮胎胶合状况可以明显改善轮胎的综合性能^[4]。李兵利用有限元建模技术分析了有复杂花纹的子午线轮胎，结果表明合理的花纹布置可以降低轮胎的侧偏以及回正刚度^[5]。燕山进行了轮胎材料测试，并建立有限元模型进行分析对比，仿真计算结果与实验结果基本吻合^[6]。薛雪利用ANSYS软件建立了轮胎-土壤的接触模型，计算出了轮胎的变形量与土壤凹陷程度的关系^[7]。景立新研究了11.00R20的子午线轮胎，成功通过实验验证了仿真结果，最后指出了有限元模型在轮胎仿真计算领域的实用价值^[8]。苗常青等人利用可变约束法研究了轮胎与软地面的接触特性和应力分布特性，最终计算出了轮胎详细的力学数据^[9]。唐宏利用MSC.Dytran软件建立了凹形和V型轮胎与水泥路面和泥泞路面等的三维模型，计算得出了轮胎的的极限附着力与车速之间的关系^[10]。齐晓杰利用ANSYS非线性求解方法对翻新轮胎的接地面积、接地压力和印记方面进行仿真，得出了翻新轮胎与新胎之间的差异较为明显的结论^[11]。冯琳阁对205/55R16半钢子午线胎进行有限元模型仿真，结果表明花纹对轮胎受力有一定影响，并且复杂花纹增大了接地压力分布的不均匀性^[12]。 Nikola Korunovi#263;等人给出了轮胎在滚筒上滚动的有限元模型，在进行摩擦系数校准后改进了该模型，帮助轮胎设计者找到了轮胎最佳设计方案，缩短了轮胎设计过程^[13]。Tielking JT等人对轮胎和地面之间的接触区域的压力进行了测量，结果证实轮胎充气压力和载荷对宽度方向的影响很大，并且随着气压增高轮胎的垂直压力分布图内有多个最大值，导致应力集中现象的出现^[14]。Cho JR等人利用有限元技术分析了轮胎在转鼓试验台的瞬态动力响应。为了保证轮胎能够准确对撞凸块，摩擦动态接触问题采用了拉格朗日算法和罚函数方法。最终成功预测出轮轴在频域和时域的动态特性^[15]。冯聪利研究了12.00R2018PR全钢载重子午线轮胎，通过建立有限元模型研究了轮胎的应力和温度特性，最终发现轮胎在静载过程中应力应变呈对称分布，在额定工况下充气压力越大轮胎磨损越严重^[16]。王素粉利ANSYS14.0对轮胎在滚动过程中的应力变化进行了研究，最终找出了最大等效应力发生的地方，为后续设计轮胎轮毂提供了理论基础^[17]。

可以看出近年来国内外学者对轮胎接地性能方面的研究日渐增多，其中有很大一部分都采用了仿真模拟技术，并且取得了不错的进展，一方面说明了仿真模拟软件的日渐成熟，另一方面也说明了有限元技术在这个领域的实用性，相信仿真技术还会在以后的轮胎研究领域大放异彩。