[發(fā)明專利]基于橡膠-粗糙表面接觸的摩擦力學(xué)建模方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011062061.2
• 申請(qǐng)日: 2020-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN112270022A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉延慧;肖旺新;包旭;肖神清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 淮陰工學(xué)院
• 主分類號(hào): G06F30/10
• 分類號(hào): G06F30/10;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 曹坤

本發(fā)明公開了一種基于橡膠?粗糙表面接觸的摩擦力學(xué)建模方法。具體步驟：建立DFT橡膠墊的幾何模型、獲取道路剖面圖、對(duì)橡膠滑動(dòng)部分與路表紋理剖面進(jìn)行假定、計(jì)算橡膠粗糙路表接觸的控制方程、基于數(shù)值分辨率簡(jiǎn)化算法計(jì)算及測(cè)定DFT橡膠墊特性。本發(fā)明通過建立動(dòng)摩擦試驗(yàn)儀(DFT)橡膠幾何模型、獲取道路剖面圖、對(duì)橡膠滑動(dòng)部分與路表紋理進(jìn)行假定、計(jì)算橡膠粗糙表面接觸控制方程、基于數(shù)值分辨率建立橡膠粗糙表面接觸的橡膠滯后摩擦計(jì)算方法，對(duì)摩擦系數(shù)進(jìn)行求解，實(shí)現(xiàn)形貌快速檢測(cè)代替現(xiàn)場(chǎng)摩擦檢測(cè)，在提高檢測(cè)人身安全、降低成本的同時(shí)提高路面抗滑性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于路面特性及數(shù)值分析領(lǐng)域，具體涉及一種基于橡膠-粗糙表面接觸的摩擦力學(xué)建模方法。

背景技術(shù)

抗滑性能是影響道路行車安全的主要要素之一，主要取決于車輛輪胎與路表之間產(chǎn)生的摩擦力，影響駕駛員控制車輛的方向與停車距離。輪胎-道路接觸界面的摩擦特性不僅取決于橡膠紋理，還取決于輪胎特性(輪胎幾何形狀、充氣應(yīng)力、胎面深度和橡膠特性)、工作條件(滑移率和荷載)和路面狀況(包括干燥、潮濕、雪和冰)。目前采用的人工方法測(cè)量輪胎-路面接觸摩擦力不僅效率低下、檢測(cè)速度跟不上路面損壞速度，而且會(huì)浪費(fèi)大量的人力、物力、對(duì)工作人員產(chǎn)生較大的安全威脅；因此，路面抗滑研究已引起越來越多人的關(guān)注，對(duì)路面抗滑性能研究的關(guān)鍵在于輪胎-路面接觸界面的摩擦力，因此對(duì)橡膠粗糙路表接觸的摩擦系數(shù)計(jì)算已成為熱點(diǎn)。目前已有研究技術(shù)多在物理基礎(chǔ)上構(gòu)建的，多從半經(jīng)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)曲線擬合以及對(duì)剖面進(jìn)行處理分析的方法入手對(duì)輪胎-路面摩擦進(jìn)行研究。

但是，已有的研究技術(shù)多在物理基礎(chǔ)上構(gòu)建的，多從半經(jīng)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)曲線擬合以及對(duì)剖面進(jìn)行處理分析的方法入手對(duì)輪胎-路面摩擦進(jìn)行研究。其缺點(diǎn)是：研究方法復(fù)雜，模型中所用系數(shù)計(jì)算困難、與實(shí)際情況不相符，甚至具有不確定性。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供了一種基于橡膠-粗糙表面接觸的摩擦力學(xué)建模方法；本發(fā)明基于橡膠粗糙表面接觸進(jìn)行摩擦力學(xué)建模，通過模型計(jì)算輪胎-路面接觸的摩擦力；該模型易于實(shí)現(xiàn)，表面紋理為主要輸入?yún)?shù)。未來將該模型應(yīng)用到預(yù)測(cè)真實(shí)道路上的摩擦系數(shù)，易于實(shí)現(xiàn)，極大的解放人力、物力，對(duì)于道路管理人員拉說成本更低。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：基于橡膠-粗糙表面接觸的摩擦力學(xué)建模方法，具體步驟包括如下：

步驟(1.1)、參照DFT實(shí)際幾何形狀建立DFT橡膠墊的幾何模型；

步驟(1.2)、利用CTM獲取道路剖面圖；

步驟(1.3)、對(duì)DFT橡膠墊在路表紋理上的滑動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行假定用以簡(jiǎn)化模型；

步驟(1.4)、根據(jù)DFT橡膠墊與路面接觸狀態(tài)確定橡膠粗糙路表接觸的計(jì)算控制方程；

步驟(1.5)、基于數(shù)值分辨率簡(jiǎn)化算法計(jì)算道路剖面的平均摩擦力；步驟(1.6)、基于雙變量牛頓法數(shù)值方程測(cè)定DFT橡膠墊的特性。

進(jìn)一步的，在所述步驟(1.1)中，在建立DFT橡膠墊的幾何模型中：所述幾何模型的定義函數(shù)g(x)如式(1)所示：

所述DFT實(shí)際幾何形狀的定義如式(2)所示：

h(x)＝-g(x)+max(g(x)) (2)式中：g(x)表示定義函數(shù)，h_e表示最大的DFT橡膠墊厚度，x表示距離，L表示DFT橡膠墊的長(zhǎng)度，h(x)表示DFT實(shí)際幾何形狀。

進(jìn)一步的，在所述步驟(1.2)中，利用CTM獲取道路剖面圖的具體方法是：利用CTM測(cè)量路表紋理得到道路輪廓的高度值，將道路輪廓高度值作為摩擦力學(xué)模型的輸入?yún)?shù)，計(jì)算獲得DFT橡膠墊在道路滑動(dòng)范圍內(nèi)剖面的高度構(gòu)成道路剖面圖；

具體的，輸入?yún)?shù)的道路剖面高度如式(3)所示：