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负重轮橡胶温度场的有限元分析

发布于:2017-01-19 18:21
有限元分析

      研究表明,负重轮在滚动状态下的发热来源于两个方面:轮缘橡胶在应力应变循环中的机械滞后损失,轮缘橡胶与履带板间的摩擦生热。其中,后者引起的发热量较小,如果履带板是金属的,则热量更易于散失,所以可以认为负重轮的发热只来源于橡胶的机械滞后损失。
      负重轮温度场有限元分析模型中的热载荷是轮缘橡胶的节点生热率,计算节点生热率必须知道每个节点的应力应变值,所以在计算轮缘温度场之前必须先分析其力学场,而且温度场有限元网格必须与力学场有限元网格完全对应.负重轮力学场有限元分析具有三重非线性,即橡胶材料非线性、大变形引起的几何非线性和橡胶与履带板的接触非线性(不考虑摩擦)。
      ANSYS有限元分析App具有强大的非线性分析功能,编辑用它作为负重轮力学场和温度场有限元分析工具。
      由于橡胶轮缘与金属轮盘粘接面的热学边界条件不便确定,所以在建立负重轮温度场模型时与轮盘一起考虑,建立温度场模型时假设:橡胶体积不可压缩,负重轮在稳定滚动下达到热平衡状态,橡胶的材料参数和热学参数不依赖于温度(实际是依赖于温度的,计算时这些参数的取值为对应于热平衡状态下的值),不影响橡胶轮缘的力学场;负重轮周向无温度梯度。
      由周向无温度梯度假设,温度场模型可简化为二维平面模型(径向断面),橡胶轮缘几何尺寸按实际大小,轮盘尺寸对温度场影响较小,可作较大简化。热载荷为节点生热率,材料参数包括橡胶和轮盘材料的热导率,边界条件是负重轮表面与环境间的表面传热系数(辐射换热影)响较小,可以忽略。橡胶轮缘和轮盘均采用Plane77八节点四边形单元。橡胶轮缘温度场在轮胎径向断面内呈椭圆形分布,由椭圆中心向外温度迈渐降低,最高温度点位于断面中央沿挂胶厚度方向偏向胎面,温度场的分布及温度值的大小有关文献的论述吻合。
      建立了负重轮橡胶轮缘温度场有限元计算模型,根据力学分析结果计算节点生热率的算法和按传热学理论给出的边界条件算法可用于实心轮胎温度场有限元分析。温度场在负重轮橡胶轮缘径向断面内呈椭圆形分布,由椭圆中心向外温度逐渐降低,最高温度点位于断面中央沿挂胶厚度方向偏向胎面。减小轮缘橡胶的损耗因子、挂胶厚度以及提高橡胶的热导率有利于减小负重轮发热。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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