装甲车辆负重轮轮胎温度场分析

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1999年5月收稿，1999年11月定稿装甲车辆工况复杂，负重轮径向载荷大。在车辆高速行驶过程中，负重轮轮胎变形损耗能量使轮胎温度升高，严重影响轮胎性能，甚至发生“爆胎”，缩短了负重轮寿命。分析轮胎温度场影响因素、研究轮胎温升过程、考查轮胎生热机理具有重要的理1负重轮温度场有限元分析方法1.1结构导热微分方程根据热力学第一定律及付立叶定律，得到结构热平衡方程为其中，为热传导矩阵+qc，qb，qs，qc分别为节点上当量体与表面集中热流、集中节点热流输入矢量；qe为对流节点热流输入矢量，qe根据单元平衡控制方程进行扩展，并依据节点号进行组集，得到总体平衡方程；求解该方程组，从而得到负重轮轮胎结构瞬态温度场；（1.2）温度t为常数时，该式变为稳态温度场方程。

2建模与求解根据上面有限元分析理论，应用非线性有限元分析软件ansys5.3，选用相应模块，对某负重轮实心橡胶轮胎进行温度场研究。

2.1建模力学建模根据，力元，如。1.热学建模粘弹滞后特性导致轮胎生热，温度升高；其周向导热速率远小于变形频率，故假设热量仅在径向断面内传导；实心橡胶轮胎在同一半径上周向温度场是一样的；为与力学模型建模一致，取接触区域轮胎中心断面为研究对象。负重轮轮胎与履带板间摩擦生热忽略不计。

瞬态温度场温升规律分析负重轮工作初期，轮胎温升速率较大，温度迅速升高；之后温度升高缓慢；最后温度场趋于平衡，达到稳定，如。3示。

例给定的某车辆负蒌轮胎在30min基为方便热学模型节点体载荷的施力口，温度场分析模型的网格划分应与力学模型一致；负重轮橡胶轮胎与轮毂间表面散热系数难以2热学分析有限元模型给定，应取轮胎与轮fig22thermalfemdel毂作为研究对象；选择传热分析8节点实体单元plane77模拟轮胎橡胶单元的生热与温升现象，形成三角形和四边形单元；如2. 2.2加载与求解热学模型分析中，载荷为各节点上的由应力应变导出的生热率，单元中间点由节点生热率导出；节点生热率口：q=7.，v为车速（km/ h）；'为弹性储能模量；tgs为损耗因子；为负重轮轮胎外直径；￡为轮胎变形的应变幅值。

热学模型边界条件的确定是难点。本文采用第一、三类混合边界条件，利用理论推导与试验分析相结合的方法，确定有限元分析边界条件，即滚动状态下负重轮轮毂及橡胶胎表面温度由试验测定；橡胶轮胎胎面模拟为气体横掠圆管，根据车速、表面温度确定表面散热系数；轮毂及橡胶胎胎侧模拟为气体横掠平板，从而确定表面散热系数。

算例：某装甲车辆负重轮橡胶轮胎结构尺寸：内径n =0.325m，宽度h=0.09m；车速v=35km/h；轮胎橡胶材料导热系数：4kxxr 3有限元计算结果分析3.1材料导热系数对轮胎温度的影响轮胎材料导热系数对温度影响很大导热系数增大，轮胎最高温度大大减小，如。1示（一轮胎材料，一一轮毂材料）。原因是轮胎材料具有较好的导热性能，热量迅速传导至周围环境和轮毂中。随着导热系数增大，轮胎最高温度迅速由337. 385°c降至92.054°c，效果非常明显。因此，通过改善轮胎材料性能，提高材料导热系数，将提高轮胎性能，延长寿命。

轮毂材料导热系数对轮胎温度场的影响具有较明显的规律当导时，kxx增大，轮胎内部温度减小；当kxx> 5w/m°c时，kxx对温度影响不大。这反映了轮毂对热量的导出能力，如。1示。因此，选用钢材、铝材对提高其导热性能、降低轮胎内部温度效果是一样的。

3.2表面散热系数对轮胎温度的影响面、胎侧表面散热系数对温度场影响较大（n一轮胎表面，'轮毂表面），表面散热系数hxx增大，则轮胎温度有一定程度的减小。

因此，适当提高该系数，对于降低轮胎内部温度具有一定的效果。轮毂表忘面散热系数对负重轮温度场本趋于平衡，60min完全稳定，这与实验分析结果基本一致，如。3示。

3.4材料导热系数对温升时间的影响轮胎材料导热系数对温升时间影响很大，kxx1.增大，轮胎导热能力提高，各节点最高温度降低，故达到最高温度的时间减少，即温升时间迅速减小。轮毂材料导热系数kxxb对温升时间影响不大。如。4示（一0橡胶材料，一°轮毂材料）3.5表面散热系数对温升时间的影响橡胶材料表面散热系数对负重轮轮胎温升时间有一定影响，hxx增大，温升时间减小；在hxx

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