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毕业设计汉语翻译

J.分。

南大学技术。

(2011)18:

1750-1756

内政部:

10.1007/s1*******08989

机械系统来预测潜在的路面湿滑

陈xian-hua(陈先华)

1。

交通学院,东南大学,南京210096,中国;

2。

道路与交通工程学院,rwth-aachen大学,d52074,德国

中南大学出版社、柏林海德堡出版社2011

摘要:

准确的摩擦模型是必不可少的预测轮胎湿滑性能和优化路面结构设计。

机械系统预测湿潜在抓地力沥青路面系统使用一个扩展的橡胶材料模型的一个时间步整合方案。

这种分析方法被转移到一个二维多体系统组成的相互联系的群众,弹簧和橡胶元件耦合广义麦斯威尔模型橡胶轮胎胎面。

该系统由基本模块具有相同的程序结构和算法,考虑到频率,温度,和strain-dependency行为的复杂的动态模量的橡胶元件。

依赖渗透深度和摩擦系数对速度进行模拟和验证。

它可以得出结论,该系统可用于预测潜在的沥青路面湿滑。

关键词:

湿抓;橡胶轮胎轮辋;侵彻深度;摩擦系数;动力学模型。

1简介

防滑性是一个重要组成部分,交通安全的关键是保持车辆的控制和减少停车距离在紧急制动情况下,特别是在潮湿的条件下。

路面表面必须提供适当水平的摩擦在tire-to-pavement接口车辆的运行安全正常天气条件下。

理解的物理机制在橡胶轮胎与路面的表面是一个决定性的一步预测和改进轮胎湿滑性能和摩擦的潜在的路面作为一个功能的纹理。

为了实现这些目标,至关重要的是制定一个轮胎与路面摩擦模型是能够预测的摩擦系数的基础上测量路面纹理。

摩擦表面间切向作用力接触。

物理上,这些反应部队的结果是许多不同的机制,如粘附,滞后,凝聚力和粘性摩擦,这取决于接触几何和拓扑结构,性能的体积和表面材料的机构,位移和相对速度的机构和存在润滑[1-2]。

摩擦的行为已被广泛研究。

实验已完成理想条件下清洁的表面和固定的条件,例如,恒定速度。

最近的兴趣,增加了摩擦动力学。

近年来,已取得很大进展的物理理解和建模的橡胶摩擦粗糙基板,如路面[3-6]。

这提供了一个基本的物理背景,了解动态接触轮胎与道路和轨道在转弯和制动摩擦性能[6]。

2机制通常被称为主要有助于橡胶摩擦滑动过程中在一个僵化的表面,即粘合剂的组成部分和滞后组件[3-4,6-7]。

粘附成分产生于分子之间的相互作用表面滑动过程中,和分布的接触补丁是不断更新的接触面积,诱导循环的形成和断裂之间的分子键链聚合物和表面粗糙与耗散作用。

贡献的粘附摩擦占据了非常顺利基板,可大大减少由于界面润滑[8-9]。

粗糙表面,另一方面,胶粘剂贡献的摩擦就会更小,因为接触面积小,[8-9]。

滞后的部分被称为变形的贡献是造成的能量损失通过宏观动态变形过程的一定量的橡胶诱导表面粗糙度[8]。

水平滞后摩擦促进增加表面粗糙度和似乎是一个决定性因素,轮胎抓地性能湿条件下。

这是合理的,粘合力是被忽视的湿条件下湿滑路面完全可以被分配到滞后效应在橡胶产生的粗糙的路面侵入的轮胎胎面。

这项工作的目的是制定一个工具来预测湿滑路面潜在的测量为基础的纹理。

首先,滞后摩擦理论提出的佩尔森已综述。

由于滞摩擦是密切相关的粘弹性频谱的橡胶轮胎轮辋,轮胎橡胶复杂动态模量已被证明是频率,应变和温度的依赖性。

其次,广义主相关手续的时间-温度迭加原理和佩恩效应与广义麦斯威尔元素提出了橡胶轮胎胎面。

第三,综合模型的二维多体系统组成的相互联系的群众,阻尼器和弹簧夹湿了一时间步整合解决方案的数值方程。

最后,讨论该工具的输出和验证了。

2兰的理论滞后摩擦

滞后摩擦橡胶是由能量耗散由于内部阻尼材料在变形过程中。

本身变形发生在滑动橡胶元件的微型规模粗糙表面粗糙。

近40年来,许多方法滞后摩擦粗糙基板的基础上制定了静态或动态接触力学与分形和光谱方法。

佩尔森[8,10]回顾了接触力学模型提出的威廉姆森-赫兹,绿林,查德,灌木,托马斯吉勃逊等人。

他指出,这些模型有不足他们忽视之间的相互作用不同的接触区域和接触力学理论只适用于只要A<

一般的理论贡献橡胶摩擦迟滞了佩尔森[6,8]克服这些缺点,加上一个简单的流变模型的复杂弹性模量。

该理论是一个延续了早期研究的格罗斯切,考虑到滑动摩擦橡胶有相同的温度依赖性,复杂的弹性模量。

佩尔森的理论的橡胶摩擦也从不同的理论中吉隆坡üppel和海因里希[5,11],它是完全立体的,和变形的橡胶响应表面粗糙度是考虑到所有相关长度尺度,对比参。

[5,11],这种效果只考虑到一些普通的方式。

根据兰[6,8],贡献橡胶摩擦粘弹性变形的橡胶表面的基板表面粗糙只取决于复杂的频率依赖性的粘弹性模量的橡胶和基材表面粗糙度谱。

粗糙度谱治理橡胶摩擦粗糙基板,例如,在路面上轮胎摩擦,及影响其他现象的技术的重要性,例如,粗糙度诱发泄漏的密封。

让h(×)被基板高度剖面测量的平均表面定义的飞机,因此,=0,其中……代表合奏平均或平均总表面。

表面粗糙度,功率谱的定义是式

(1),它可以很容易地从表面高度分布。

高度剖面可以定期测量所有相关长度尺度使用不同的方法,如原子力显微镜(原子力显微镜),和光学方法。

在考虑表面上的统计特性的平移不变和各向同性,如自仿射表面,表面粗糙度,功率谱丙型(问)只取决于规模的波问。

主要贡献的橡胶摩擦橡胶块幻灯片粗糙基板上,如在一个轮胎在路面上,是粘弹性消能的表面区域的橡胶所造成的脉动部队在橡胶表面粗糙的衬底。

忽视闪蒸温度,摩擦系数是由在不同长度尺度

在E(jω)=E(q*v*cosφ)是一个复杂的粘弹性弹性橡胶,σ0平均压力的名义接触面积累啊,υ是泊松比,相当于0.5的橡胶,和五滑动速度。

该理论考虑到该基板表面粗糙度的范围,q0*

3橡胶模型

由于滞摩擦是密切相关的粘弹性的橡胶,这是共同使用简单的三参数本构模型[6,8]麦斯威尔或劳斯模型[5]橡胶。

现实的橡胶轮胎轮辋,然而,这些简单的模式不能够粘弹性行为代表了一系列的温度和应变水平。

三参数模型很容易推广到2+1参数模型,如图1所示,或是有时被称为齐纳模型。

图1示意图一“小学”的橡胶元件常数与η我(我=0,1,2,……,v)代表不同的弹簧和阻尼器的模型元素和不断的型号被称为长期或平衡模量。

根据这一广义2+1参数模型,动态模量橡胶可以由其他系列[12]为

在E(jω)是严重的复杂的模量的真实和想象的成分,称为储存和损失模量,分别;τ我=η我/我的特点是时期的各种粘性要素模型;ω是圆频率。

鉴定这些离散谱值在式(3)的基础上进行了实验测试,这与德国,方法所描述的EMRI和太[13-15],如图2所示。

含蓄的材料特性(日ω)是依赖于温度和应变率。

温度频率当量可转化的方程根据威廉等人[16]。

应变依赖佩恩作用[1718]称为表现的事实,增加幅度导致减少储存模量和损耗模量最大。

它可以proximated了现象学的定量模型,根据克劳斯[19]。

在频域,其

图2离散谱与21对中的系数确定:

(一)储存模量;

(二)损失模量叠加原理涉及性质在温度和频率根据关系

在α是移位因子温度T

哪里是参考温度,和经验常数C1、C2。

与确定的移位因子和结合克劳斯[19]模型,我们可以制定应变依赖弹簧和阻尼常数,和现在能够确定和描述的频率,应变和温度依赖行为的橡胶元件

如图

在和钾代表弹性阻尼常数分别为。

T和ε平均温度和应变依赖指数,分别为。

4个集成模型的湿抓

4.1个物理模型

物理模型建立了湿抓地力是由若干相互联系的齐纳元素与耦合弹簧,如图。

图3

(一)提出的一个基本橡胶元件(元件),它有一个额外的附加质量,会计的大规模的轮胎胎面;三的眼睛,是连接到一个耦合弹簧的眼睛;又是连接到轮胎轮辋由刚性接头。

卸下长度每一张是10毫米,这是高度的轮胎胎面。

它们之间的距离是3.3米μ输入参数的系统是令人兴奋的质地剖面瓦特(吨)和输出参数是变形的橡胶形状小时(吨)以及“内部”位移子(吨)的每一个字母。

4.2系统方程

微分方程系统的说明图。

这个方程系统必须解决的任何时间步长。

只有第一个小橡胶件可以说明(从总人数高达30000)。

在左侧的方程是一阶导数的解向量,其中包含(自上而下)“内部”位移Z1,……,锌,其(外)位移和速度的第一个字母。

在右手边的方程,我们发现激发载体,能(吨),主要受纹理形状瓦特(吨),这是水平移动,在橡胶体系与滑动速度。

此外,大规模的元件和刚度的路面决定要(吨)显示在式(7)

(7)

以左的激励向量,我们(吨),我们发现解向量和巨大的稀疏矩阵在左侧建所含元素的群众,弹簧和阻尼常数,其中从业的弹簧常数在春天我在论文(我=0,1,……,v),矿用真空接触器是弹簧常数耦合弹簧元件,新泻是阻尼器阻尼器在杂志中不断我(我=0,1,……,v),是大众的,Σ从业的简称是为c0j+2ckj+Σ从业+提供商,并且是弹簧常数路面。

矩阵元素上面提到的,除了质量当然,是频率,应变和温度的依赖性。

图3橡胶摩擦模型(预测):

(一)相互关联的基础橡胶元件(());

图4微分方程组模型

4.3程序结构

该工具的结构由一个主程序中,机械系统和初始条件的定义和子程序中的时间步长进行了分析,即装配稀疏矩阵,定义常微分方程,计算的能量耗散,温度上升和由此产生的摩擦系数在特定的时间和地点。

有一个基本模块,上述结构的应用:

侵彻深度的模块,而摩擦模块,如图5所示。

这两个模块使用相同的程序结构和算法。

唯一的区别是一种运动。

穿透深度计算模块的垂直运动的橡胶轮胎的纹理,而摩擦模块计算水平(滑动)运动的橡胶胎面沿道路。

5验证系统

5.1穿透深度

侵彻深度模块确定数额的胎面橡胶渗透到表面纹理的路。

这是至关重要的信息,因为橡胶模型的渗透深度的决定所产生的纹理,从而激发轮胎和橡胶功能。

结果如图6所示的渗透深度不同滑动速度。

它可以清楚地看出,穿透深度随增加汽车的速度,这是明显的增加速度,即激励频率,橡胶变得更加严厉,穿透路面程度较低。

图6显示的结果在一个方面与渗透深度在参考文献[20]。

根据测得的纹理谱的三种不同沥青表面,一个粗料sma0/11,一粗沥青混凝土0/秒和8个普通沥青混凝土表面抗体0/8,适当的穿透深度进行了计算不同轮速度。

可以看出,结果发现与渗透模型非常符合结果在文献中找到。

图7最后显示变形形状的橡胶底的渗透过程。

在扩大,人们可以看到如何橡胶“流”在粗糙的纹理。

可以看出,该模型能够

图5穿透深度模块

(一)和

(二)摩擦模块程序

图6渗透深度不同的速度:

(一)输出方案;

(二)的结果。

”[20]

图7橡胶变形由于垂直渗透到纹理描述了变形的宏观和微观尺度和橡胶中的渗透深度(取决于竖向荷载在橡胶)是现实的和符合实际的轮胎深度。

应该指出的是,在这样一个高分辨率的3.3μ米产生结果显示是非常耗时7。

5.2摩擦系数

一旦最大穿透深度确定,在横向滑动摩擦力可以计算,即最后的条件下的渗透过程的初始条件的横向滑动的过程,从摩擦系数的计算应。

图8显示了一个摩擦导致的计算使用24步。

在大约10的时间步骤,模型的输出达到一个平衡阶段和滞摩擦系数在0.9和0.5的平均收敛值为0.69,显示在图8

(一)。

平均值是非常接近的测量结果,0.56的动态摩擦测试仪软件,RWTH-AACHEN。

图8(乙)显示模拟摩擦系数平衡图收敛测试

(一)和模拟滞摩擦

(二)结果相系数作为一个功能的滑动速度。

摩擦系数的结果是有希望的,与以往的计算结果[10,11],这表明,该工具可以用于湿握力预测。

6个结论

1)机械系统预测沥青路面湿滑的潜力已被系统使用一个扩展的橡胶材料模型的一个时间步整合方案。

2)这种分析方法是转移到一个二维多体系统组成的相互联系的群众,弹簧和橡胶元件耦合广义麦斯威尔模型橡胶轮胎胎面。

该方法的优点是上文所述的逼近真实的物理过程及其描述迟滞时间域。

3)系统由基本模块具有相同的程序结构和算法,考虑到频率,温度,和strain-dependency行为的复杂的动态模量橡胶元。

4)输入该系统测量质地剖面的路面和产出的渗透深度与摩擦系数。

依赖渗透深度和摩擦系数对速度进行模拟和验证。

5)本系统可以合理预测潜在的路面湿滑。

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(德语)

(编辑杨斌)

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