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伊利诺伊大学研究非气动轮胎剪切层 提供多种结构模式

日期:2020-03-02    来源:盖世汽车  作者:Elisha

国际新能源网

2020
03/02
09:51
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关键词: 伊利诺伊大学 电动汽车市场 电动汽车轮胎

  现在,一些高尔夫球车和割草机已经开始使用无气轮胎,而且至少有一家大型轮胎公司正在生产非气动汽车轮胎。然而,要在汽车上推广使用非气动、无爆胎轮胎,还有很长的路要走。关键是找到一种设计,使其能像传统充气轮胎那样,既拥有无穿刺强度,又能保持弹性,保证舒适、无震动行驶。
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  据外媒报道,伊利诺伊大学(University of Illinois)的研究人员重点研究轮胎的剪切层(就在胎面下面),以解决部分问题。该校航天工程系助理教授Kai James和研究生Yeshern Maharaj,通过计算机算法优化设计,为非充气轮胎的剪切层提供多种结构模式。他们通过计算机模拟,模仿剪切层的弹性响应,计算材料拉伸力和扭曲能力。
  James说:“我们正在寻找高强度剪切力,即材料在压力下能承受多大的应变,我们想要的是轴向刚度。”这些物理压力,不同于轮胎老化或风化,而是与内部应力和压力有关。本质上来说,是材料对自身施加的压力有多大。James表示:“如果压力超过一定程度,材料就会失效。所以,我们引入压力约束,确保在任何一种设计下,压力都不会超过材料极限。”
  “还有屈曲约束。如果你有一个狭窄细长的构件,比如说某个元件内部的支柱,对它进行压缩时,有可能出现变形。我们有办法从数学上预测,多大的力能引起结构屈曲,并进行相应的调整。根据你对每个设计的要求权重,比如屈曲、压力、刚度、剪切,及其任意组合,可以进行不同的设计。”
  他们的目标是设计出一种既能承受压力、又有弹性的轮胎,让人感觉不到像是在驾驶钢铁轮胎。James解释了如何通过计算机仿真来找到最佳模式,去除次等结构模式。首先,通过计算机模拟将要用来制造轮胎的大块材料。因为固体块状材料弹性不大,材料几乎被切断了,才能留出一定的弹性空间。他说:“如果你在材料上挖洞,直到它看起来像个棋盘一样,利用一半的材料,你也可以得到一半的原始硬度。现在,如果把图案做得更复杂,确实可以调整刚度。”
  显而易见,从一大块材料变成薄薄的、类似花边图案的连续体,其中潜在的设计数量是无限的,但是,要对每一种设计都进行测试,这不现实。而且,需要注意的是,这种算法可以得出不止一种最优设计。James表示:“搜索算法可以有策略地搜索设计空间,尽可能帮助减少所测试的设计种类。当你测试不同的设计方法时,每一个新设计都是对之前的改进,最终得到接近最优化的结果。”
  James说,像这样的计算机结构建模,或任何物理系统,在编码至模型时都有一定程度的复杂性。模型的精度和保真度越高,成本越高。“从计算的角度来看,我们通常讨论的是,在高性能计算机上进行分析所需的时间。”研究人员正在寻找行业或研究合作者,以继续进行相关分析。
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