汽车安全问题越来越受到人们的重视,轮胎作为汽车和地面接触的唯一部件,对于汽车行驶平顺性、承载性、操纵性等性能起着决定作用,因特种车辆作业工况及对象的特殊性,在实战、后勤保障、应急救援等任务中需要显著的机动性、快速反应能力和广泛的环境适应能力。然而充气型越野式轮胎存在多方面缺陷,这与充气轮胎本身以充气气压作为支撑体限制因素所决定。近年来,使用柔辐式仿生支撑体的柔辐式仿生非充气轮胎成为目前轮胎行业研究的朝阳方向。
柔辐式仿生非充气轮胎打破了传统轮胎以充气气压作为支撑体的形式,采用类似袋鼠下肢骨骼结构的柔辐式仿生支撑结构作为支撑体,在满足传统充气轮胎行驶性能的基础上,进一步解决了传统充气轮胎易刺穿、爆损、爆胎的缺陷,并提高了特殊车辆对于极端环境的使用性能及其寿命,轮胎的成型工艺比较复杂,需要炼胶、压片、挤出、成型、硫化等工艺,采用聚氨酯材料的3D打印技术能够简化工艺流程,减小轮胎生产规模,硫化过程会产生有毒气体污染环境,此过程能够减少环境污染。
为了简化模型构型的策略创建了单元构型方法,在 SOLIDEWORKS 三维软件里采用单元构型方法对袋鼠下肢各个骨骼结构同比例缩放来构建一个柔辐仿生支撑单元体,并运用 HYPERMESH 有限元仿真软件对柔辐仿生支撑单元体划分网格。将该网格部件导入到 ABAQUS 有限元仿真软件中并将该柔辐仿生支撑单元体环形阵列20组构成仿生支撑体,使用聚氨酯材料进行3D打印组装成柔辐式仿生非充气轮胎。
柔辐式仿生非充气轮胎有以下几种功能:
1.抓地力大:越野轮胎的花纹设计通常较为复杂,以提供更大的接地面积和更深层的花纹,这样可以在松软、湿滑或多石的户外环境上获得更好的抓地力。柔辐式仿生非充气轮胎的接地面积相比传统充气轮胎大一些,轮胎的接地面积越大,轮胎的抓地能力越大,更加利于轮胎的加速和制动性能。
2.耐用性:聚氨酯轮胎比橡胶轮胎具备更强的负载能力,且轮胎寿命优胜于传统充气轮胎,以抵御尖锐物体的穿刺和越野环境中的磨损。
3.适应性:通过动态有限元仿真实验发现,柔辐式仿生非充气轮胎经过凸台至行驶稳定状态时速度越快,达到稳定工况需要时长越短,而传统充气轮胎恰恰相反,这有助于轮胎更好地适应各种障碍物,降低对车轴的冲击,提高车辆的稳定性。
4.舒适性:轮胎的缓冲性能由结构而定,类似袋鼠下肢的柔辐式仿生非充气轮胎使轮胎具有更好的减震功能,能够提供相较于传统轮胎更好的舒适性。