二维稳态温度场分析：汽车轮胎的数值模拟

"本文详细探讨了汽车轮胎二维稳态温度场的数值分析，主要涉及有限元建模、温度场的基本假设以及 MSC.Patran 和 MSC.Nastran 在此领域的应用。" 在汽车轮胎二维稳态温度场的数值分析中，研究人员采用了一系列简化假设以降低计算复杂性。首先，假设轮胎形状轴对称，不考虑花纹的影响，这是因为轮胎花纹对温度分布的影响相对较小。其次，认为在轮胎转动过程中，周向方向没有温度梯度，即周向无温度梯度假设，这意味着轮胎表面吸收的热量在整个圆周上均匀分布。此外，假定轮胎在恒定载荷和压力下工作，材料为各向同性的橡胶，并且在持续行驶后达到热平衡状态，这使得问题简化为二维稳态热传导问题。 利用MSC.Patran这一强大的有限元分析软件，可以构建轮胎的二维稳态温度场模型。该软件与MSC.Nastran求解器结合，能处理复杂的热分析任务，包括传导、对流和辐射传热，支持稳态和瞬态分析，以及线性和非线性问题。在轮胎温度场的分析中，主要关注的是导热率，因为这是线性稳态热分析的关键参数。 MSC.Nastran 提供了多种热边界条件，如温度、热流、节点热源、对流和辐射换热等，这些边界条件可以使用时间函数进行动态模拟，适应不同工况下的轮胎温度变化。通过这种方式，可以精确计算出轮胎在不同车速下的温度分布情况。 在研究中，通过拟合计算结果得到了最高温升与车速之间的基本线性关系，这个公式对于预测轮胎在不同车速下的稳态最高温升具有实际应用价值。这对于轮胎结构设计和配方优化至关重要，因为过高的温度会降低轮胎的使用寿命，甚至可能导致安全事故。 这篇讲义深入介绍了汽车轮胎二维稳态温度场的数值分析方法，通过 MSC.Patran 和 MSC.Nastran 的应用，为轮胎工程提供了重要的温度预测工具，有助于提升轮胎性能和安全性能。这一研究不仅对于轮胎制造商有指导意义，也为相关领域工程师提供了理论依据和技术支持。