一、子午线轮胎的基本结构及受力分析
    （一）子午线轮胎的结构和组成
    轮胎在复杂和苛刻的条件下使用，承受着车辆行驶时各种变形、负荷、力以及高低温的作用，因此必须具有较高的承载性能、牵引性能、缓冲性能。同时，还要求具备高耐磨性和耐屈挠性，以及低滚动阻力与低生热性。
    轮胎通常由外胎、内胎、垫带3部分组成，也有不需要内胎的，其胎体内层有气密性好的橡胶层，且需配专用的轮惘。外胎由胎面、胎侧、缓冲层（或带束层）、帘布层及胎圈组成。轮胎组成如图1所示。

    胎侧是轮胎侧部帘布层外层的胶层，用于保护胎体。帘布层是胎体中由并列挂胶帘子线组成的布层，是轮胎的受力骨架层，用以保证轮胎具有必要的强度及尺寸稳定性。缓冲层（或带束层）为斜交轮胎胎面与胎体之间的胶布层或胶层，用于缓冲外部冲击力，保护胎体，增进胎面与帘布层之间的粘合。胎圈是轮胎安装在轮辋上的部分，由胎圈芯和胎圈包布组成，起固定轮胎作用。

    （二）轮胎的受力分析
    如图2所示，车轮滚动时，由于弹性迟滞现象，处于压缩过程的前部d点的地面法向反作用力就会大于处于恢复过程的后部d′点的法向反作用力，使得地面法向反作用力相对于法线n-n′向前移动了一个距离a，合力F′的大小与法向载荷W大小相等，方向相反。如果将法向反作用力F′平移至与通过车轮中心的垂线重合，则从动轮在硬路面上滚动时将有滚动阻力偶矩T= F′*a，此时欲使车轮滚动，需要在车轮中心加一推力Fp，它与地面切向反作用力构成一力偶矩来克服上述滚动阻力偶矩，由平衡条件得此时的受力平衡方程是：

    Fp*r=T（其中r是车轮滚动半径）
    弹性轮胎在硬路面上滚动时，轮胎的变形是主要的。由于轮胎有内部摩擦，因此产生弹性迟滞损失，即消耗在轮胎各组成部分相互间的摩擦以及橡胶、帘线等物质的分子间摩擦。一旦摩擦存在，磨损必然产生，从而影响到轮胎的寿命和运输经济性。

    二、子午线轮胎的有限元分析
    （一）通用的有限元分析的特点与流程
    通用有限元法问题分析，一般具有如下特点：
      1．整个系统离散为有限个元素；
    2．利用最小势能原理（Minimum Potential Energy Theory）与泛函数值定理（Stationary Functional Theory）转换成一组线性联立方程组；
    3．处理过程简明；
    4．整个区域做离散处理，需庞大的资料输出空间与计算机内存，解题耗时；
    5．可以求解线性、非线性问题；
    6．对于无限区域的问题，用有限元法来仿真，具有一定的难度。
    如图3所示为有限元分析的流程，一般完整的有限元程序包含前置处理（Preprocessing ）、解题程序（ Solution）和后置处理（ Postprocessing ） 。 3部分的具体内容介绍如下：

    1．前置处理
    （1）建立有限元模型所需要输入的资料，如节点、坐标资料、元素内节点排列次序；
    （2）材料属性；
    （3）元素切割的产生；
    （4）边界条件；
    （5）负载条件。
    2．解题程序
    （1）元素刚度矩阵[K]的计算；
    （2）系统外力向量的组合{F}；
    （3）线，｝生代数方程［K] （U） ={F}的求解；
    （4）通过资料反算法求应力、应变、反作用力等。
    3．后置处理将解题部分所得的解答如位移、应力、反力等资料，以各种不同表示方式把等位移图、等应力图等显示出来。
    本文运用ANSYS 10.0软件进行轮胎的有限元分析，同时，我们已经知道轮胎结构分析是一个各向异性、非均质、几何非线性、材料非线性及边界非线性问题，因为：轮胎是由橡胶及帘线增强橡胶复合材料构成的复合结构体，即使在一般情况下轮胎材料也要发生较大的变形及转动。轮胎载荷包括内部空气压力与地面接触载荷，接触问题本质上是非线性的，并且接触区域大小和形状以及接触载荷大小事先不知道。

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