一、目的及意义

1．论文选题的目的和意义

轮胎是汽车的重要组成部分, 在汽车的运行过程中承担着整个汽车的重力。汽车向前运行的牵引力也是依靠轮胎与路面的摩擦提供的。据调查， 40%的交通事故是由于轮胎的问题引起的。轮胎的损坏主要有3种原因， 一是表面机械损伤，二是疲劳破坏， 三是过热破坏。初步研究表明,轮胎在高速行驶时变形频率增加, 弹性迟滞损失量增大, 生热量增加， 而橡胶材料又是热的不良导体, 使轮胎温度迅速上升, 导致轮胎过热破坏。因此，高速行驶轮胎大量的热量积聚是产生爆胎的主要原因。而轮胎的生热则是汽车轮胎损坏、爆胎并最终导致事故发生的主要原因。因此，对轮胎温度的研究是很有必要的, 具体意义如下:

(1) 轮胎的导热、散热性能较差，过热破坏已成为轮胎破坏的重要形式。因此, 研究轮胎生热、散热, 掌握轮胎在行驶时的温升特性就显得特别重要 ;

(2) 轮胎温度研究对轮胎的使用寿命、行车安全和结构设计具有十分重要的意义;

(3) 通过确定轮胎温度场的分布, 可以合理地调整轮胎结构, 采用合理的原材料和配方，缩短轮胎的设计周期, 并使轮胎使用者精确了解轮胎在各种使用条件下的生热情况, 有利于轮胎的合理使用,避免因过度超载、超速造成人员和财产的损失;

（4）轮胎的生热和温升不仅影响其使用性能,而且对汽车油耗也有很大的影响。据报道，轮胎的能量损失占轿车总能量损失的 5%, 占载重汽车总能量损失的 10%。

总之， 通过了解轮胎温度场的分布, 可以在轮胎设计阶段以降低生热为依据具体指导轮胎设计， 包括指导轮胎各个部位的几何形状和尺寸的设计，以及所用胶料选取等,这样可以在很大程度上缩短轮胎的试制周期， 降低试制费用; 也可以使用户对轮胎在使用阶段的温度场有较为科学的认识和较为准确的把握, 改变凭经验进行推测的局面,同时据此合理使用轮胎，避免因过度超速、超载造成的人员和财产损失， 同时减少因轮胎使用不当造成的经济纠纷。

2. 国内外关于该论题的研究现状和发展趋势

随着汽车行业的快速发展，对汽车轮胎有着越来越高的要求，轮胎的各方面都得到了提高，比如说材质，寿命，防滑性等等，但是汽车轮胎在高速运行的过程中，极易发生急剧升温的情况，进而发生大量交通事故。因此，汽车技术研究人员将高速运转的轮胎的温度场作为重点关注对象，对其进行深入研究。就国外而言，随着计算机的飞速发展及数值计算法的日益成熟和普及，使采用数值计算法分析轮胎内部的温度场分布成为可能。有限差分法和有限元法是广泛应用的两种近似方法。Trivisionno, N.M.首先用有限元素法分析轮胎的稳态温度场和非稳态温度场 。Richrad等在两个基本假设的前提下， 用有限单元法对轮胎的每一个区域的每一个单元进行应力、应变分析，并且结合热损失能量基本方程研究了自由滚动的飞机轮胎的温度场分布情况。Oh等应用有限单元法研究了轮胎的温升情况，综合考虑了速度、对流、辐射、热传导等条件，最终的计算结果与实验结果有很好的一致性。Costa等用有限单元法研究了城市客车和货车轮胎因制动系统的生热引起的胎圈过热现象, 提出了降低温升的方法。还有许多人在用有限单元法分析轮胎的温度场方面做了大量的工作。国内在七八十年代，一些轮胎技术人员研究了轮胎的升温对肩空破坏的影响，分析了轮胎爆破的临界温度。九十年代，人们逐渐加大了对轮胎生热问题的重视程度，在轮胎温度场方面做了大量的研究工作。他们用有限单元法研究轮胎的温度场，并进一步研究了轮胎生热与气压、速度和负荷等使用条件之间的关系，取得了很大的成就。

就国内而言，近年来，随着我国高速公路的飞速发展，汽车对轮胎使用性能的要求不仅日益复杂也日益苛刻，轮胎温度场分布问题也变得日益尖锐。严峻的现实迫使人们越来越多地致力于这一方面的研究。目前，许多大型企业和科研单位如米其林（中国）投资有限公司，普利司通（中国）投资有限公司，国家橡胶与轮胎工程技术研究中心等已成功地运用Algor、Marc、Ansys等大型有限元分析软件对轮胎温度的分布状况进行了一定的研究，轮胎生热主要是由连续的运动变形过程带来的压缩-拉伸或扭转造成橡胶分子间的摩擦力以及轮胎胎体与路面接触面的摩擦力造成的，不同工况下轮胎生热的主要因素各有不同；轮胎温度测量仪器包括探针式热电偶、数字式热电偶和脉冲频率调制遥测系统等，温度场研究方法包括实际测温试验研究和有限元模拟计算；滚动轮胎温度控制包括热传导、强制对流换热、轮胎胎体修改以及热管技术等方法体；在轮胎中加入工作流体的相变传热具有极大的发展潜力，在工作温度和压力条件下，能够完成蒸发和冷凝循环且对轮胎胶料没有影响的工作流体的选择是极其重要的；滚动轮胎温度场分析越来越受到工程界的关注。由于研究目标的状态较为复杂、影响因素多以及相应的理论发展相对不完善等诸多因素制约，至今仍未形成较为可靠、有效的分析方法。因此滚动轮胎稳态温度场的分析方法和新思路仍是当前轮胎科学界与工程界亟待解决的重要研究课题。但由于这些软件涉及方面广，并不适合于某一特定项目的使用，特别是对于轮胎温度场问题，用这些大型应用软件处理会受许多因素的限制，因此就不能准确计算出整个轮胎温度的分布情况。国内专用于轮胎温度场分析的软件也很少， 因此许多专家开发了分析轮胎温度场的专用有限元软件，希望在轮胎温度场研究领域做出一定的贡献。国内外许多研究人员对轮胎温度场分布采用有限元法分析进行了大量研究，主要步骤是先建立模型，再进行有限元网格划分，最后利用数学物理方程式进行数值计算。计算结果的准确性主要取决于边界条件和轮胎复合材料物理性能参数的准确性。

2. 研究的基本内容与方案

二、设计的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施
1．基本内容与目标
1.了解轮胎的结构及工作情况；
2.采用数值计算方法对轮胎滚动状态的温度场做模拟仿真；
3.分析仿真结果，与实测结果对比；
4.对轮胎的工作性能做估计。

2.拟采用的技术方案及措施
1.通过阅读文献以及查阅资料，了解了轮胎在高速运行的状态时的温度上升原理以及轮胎整体的温度分布状态，选择合适的汽车轮胎作为研究对象。
2.用MATLAB软件，根据轮胎的应力应变经过八阶傅里叶变换生成轮胎有限元模型的单元生热率，导入有限元模型中生成轮胎温度场的内热源。写出热传导微分方程并加以分析，用迭代法和差分法加以求解并分析，计算出轮胎温度场。通过实验实际测试轮胎的温度场进行修正轮胎的边界对流换热系数，赋予轮胎内腔空气材料属性与轮胎进行热量传导。
3.通过实验测试轮胎的实际温度场，用红外测温仪测试轮胎的外表面温度，将实验结果与仿真结果对比分析。
4.验证了轮胎有限元模型的精确性，估计出轮胎的工作性能。

四.参考文献
1.冯聪利. 载重车辆子午线轮胎力学和温升特性分析. 西安科技大学，2017
2. 李杰，王庆年，赵子亮. 中型载货汽车轮胎表面温度的稳态特性. 吉林大学，2003
3. 何德华，陈万培，毛通宝，栾剑兵，陈宝剑. 汽车轮胎温度和压力监测系统设计. 扬州大学，2018
4. 赵小峰. 轮胎温度压力监测系统的研究. 太原理工大学，2014
5. 宋喜岗. 轮胎稳态温度场模型建立与有限元分析. 东北林业大学，2012
6. 王泽鹏，高峰，徐国艳，薛风先. 汽车轮胎温度场影响因素建模与试验分析. 北京航空航天大学, 2007
7. 韩宝玲，罗庆生. 汽车轮胎温度场高温点域的理论分析与建构. 北京理工大学, 2014
8. 李杰. 高速滚动汽车轮胎稳态温度场分布的数值研究. 吉林大学, 2003
9. 赵旗，魏建华，李杰. 汽车轮胎二维稳态温度场的数值分析. 吉林大学, 2003
10. 尹海山. 轮胎磨耗及其温度场的理论与实验研究. 青岛科技大学, 2017
11. 刘迎，赵永瑞，潘川. 热分析与热力耦合分析的轮胎模具温度场分布. 中国石油大学,2017
12. 王国林，童鑫，董自龙，徐海青. 子午线轮胎接地特性与胎冠温度场关系的研究. 江苏大学, 2016
13. 张凯，杨卓. 汽车轮胎压力及温度监测系统应用设计与实现. 郑州旅游职业学院, 2014
14. 赵小峰，张晓东，袁会灵. 一种轮胎内部温度无线监测系统的设计. 太原理工大学, 2015
15. 崔龙，唐跃. 活络模具结构影响轮胎温度场的模拟分析. 青岛科技大学, 2015
16. 张岩，李庆领. 滚动轮胎温度场分布及温度控制研究进展. 青岛科技大学, 2014
17. 颜卫卫，陈荔新，马铁军. 聚氨酯实心轮胎的温度场试验研究. 华南理工大学, 2014
18. 龚铃，张正轩. 车用轮胎压力与温度监测系统的研究. 陕西重型汽车有限公司，2014
19. 宫照辉，曹瀚林，张辛未. 轮胎温度无线监控系统设计. 沈阳航空航天大学，2014
20. 袁志强，徐东辉. 汽车轮胎温度压力无线监测系统设计. 宜春学院, 2013
21. Munther Kandah； Awni Al-Otoom； Mohammad Al-Harahsheh； Raed M.Al-Zoubi；Adnan Al-Harahshehc. Extracting oil from used auto tires at low temperature after chemical treatment. Waste Management, 2017，61，307-314
22. Liu, HF; Wang, SJ; Zhang, Y; Wang, WG. Study on the giant magnetostrictive vibration-power generation method for battery-less tire pressure monitoring system. PROCEEDINGS OF THE INSTITUTION OF MECHANICAL ENGINEERS PART C-JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING SCIENCE, 2015, 229（9），1639-1651
23. Burakhta, V A; Gavrilina, I I. Characterization of liquid products of automobile tire pyrolysis. Russian Journal of Applied Chemistry, 2016, 89（2），330-333
24. Herrington, P.R. Measurement of bitumen-tyre adhesion temperatures at realistic loading rates. International Journal of Pavement Engineering, 2017, 18（2），183-188
25. Coppo, F; Pepe, G; Roveri, N; Carcaterra, A. A Multisensing Setup for the Intelligent Tire Monitoring. SENSORS, 2017, 17（3），23