Как изменяется величина силы сцепления шин при увеличении скорости


Влияние скорости на сцепление шин ч.1

Кроме влияния на сцепление шин с дорогой типа и состояния дорожного полотна, существует еще ряд обстоятельств, оказывающих существенное воздействие на величину коэффициента сцепления.

Первое из них - скорость движения. Влияние скорости движения на величину сцепления шин с дорогой известно как у нас, так и за рубежом, однако широкой известности среди водителей и работников, связанных с транспортом, это явление не получило. До сих пор оно не учитывается экспертами авто-техниками при определении причин аварий, связанных с потерей устойчивости и управляемости. Ряд примеров, приведенных ниже, показывают, что пренебрегать этим явлением нельзя.

Дело в том, что с увеличением скорости практически для всех состояний и типов покрытий происходит уменьшение величины коэффициента сцепления. Это объясняется сокращением времени контакта шины с дорогой, когда на данном конкретном участке поверхность протектора не успевает охватить все выступы сухого покрытия, а также выдавить из пятна контакта или неровностей покрытия воду. В результате сцепление шины с поверхностью качения снижается, особенно на мокрой дороге, где между шиной и покрытием остается трудноудаляемая пленка воды толщиною в несколько сотых долей миллиметра (0.025 мм по данным из книги Боровского4). Исключение составляет сухой лед, на котором сокращение времени контакта уменьшает подтаивание, и в результате при увеличении скорости наблюдается незначительный рост сцепления. Снижение сцепления шины с дорогой при увеличении скорости объективно подтверждается приведенными ниже данными чехословацкой фирмы Barum5. На скорости 40 км/час износ шин составляет 175%.

Литературные данные по снижению коэффициента сцепления в зависимости от скорости движения, равно как и коэффициента сцепления при фиксированной скорости движения 60 км/час, у различных исследователей имеют разброс значений. Ниже приводится таблица, составленная по результатам анализа графических материалов, приведенных в работах некоторых авторов. Из нее следует, что даже на сухом твердом дорожном покрытии скорость 120 км/час уже не обеспечивает безопасность движения, т.к. на этой скорости коэффициент сцепления становится ниже 0,4. Следует отметить, что о дальнейшем снижении коэффициента сцепления при скоростях выше 120 км/час данных не имеется. Это обстоятельство и субъективное ощущение опытными водителями поведения автомобиля на скоростях выше 120 км/час позволяют утверждать, что при дальнейшем росте скорости заметного снижения сцепления шины с сухим покрытием не происходит.

  • < Скорость движения и сцепление шин с дорогой ч.2
  • Сцепление шин с дорогой ч.2 >

Характеристики сцепления шины с асфальтовым покрытием на основе предложенной модели гидропланирования шины

Для изучения адгезии между шиной и асфальтовым покрытием мы разработали конечно-элементную модель надувной шины с рисунком для аквапланирования, основанной на соединенной шине Эйлера - Лагранжа, а затем подтвердил применимость модели. Мы численно рассчитали кривые сцепления шин с дорожным покрытием для трех типов дорожного покрытия: асфальтобетона (AC), каменно-мастичного асфальта (SMA) и слоя трения с открытым градиентом (OGFC).В соответствии с теорией характеристик сцепления с шинами и асфальтовым покрытием мы проанализировали факторы, влияющие на характеристики сцепления поверхности раздела шины с асфальтовым покрытием в антиблокировочной тормозной системе и во влажных условиях. Результаты показывают, что адгезия шины к дорожному покрытию связана с движением шины. В этом исследовании коэффициент продольного сцепления на границе раздела шины с дорожным покрытием сначала увеличивался с увеличением скорости скольжения, а затем уменьшался.Как только степень скольжения составила около 20 процентов, продольное сцепление достигло максимального значения. Кроме того, мы обнаружили, что макротекстура с глубокой поверхностью улучшает скорость аквапланирования шины, когда водная пленка не слишком толстая, а давление в шине высокое. Кроме того, сухое покрытие привело к лучшему сцеплению, чем влажное состояние, с точки зрения удельной средней глубины профиля. При той же толщине водяной пленки коэффициент адгезии уменьшался с увеличением скорости движения. Дорожное покрытие OGFC обеспечивает лучшее сопротивление скольжению, чем покрытие AC и покрытие SMA.

1. Введение

Трение между шиной и дорожным покрытием имеет два различных компонента силы. По мере движения транспортного средства нагрузка на транспортное средство распределяется по фактической площади контакта неравномерно, поэтому площадь контакта постоянно меняется. Максимальный коэффициент трения может иметь место в любой части зоны контакта. Следовательно, при анализе контакта шины с дорожным покрытием следует учитывать характеристики сцепления. Обычно водители осторожны и едут относительно медленно (т. Е. С низкой скоростью) при движении по скользкой поверхности.В таких условиях шины частично находятся в состоянии катания на водных лыжах [1], и из-за уменьшения площади контакта шины с дорогой и постепенного уменьшения сцепления вероятность дорожно-транспортных происшествий значительно возрастает. Анализ влияющих факторов, влияющих на характеристики сцепления шины с асфальтовым покрытием в сухих и влажных условиях, может предоставить теоретическую основу для проектирования асфальтового покрытия с лучшим сопротивлением скольжению и улучшенными характеристиками торможения транспортного средства во время дождя.

Несколько исследователей попытались разработать численные инструменты для прогнозирования взаимодействия шины с дорожным покрытием [2].При разработке подходящей модели контакта шины с дорожным покрытием необходимо одновременно учитывать влияющие факторы адгезии и гистерезиса. Чтобы определить механизмы, которые определяют взаимодействие шин и дорожного покрытия для различных влияющих факторов и в разных условиях, исследователи разработали множество эмпирических моделей, полуэмпирических моделей и упрощенных теоретических моделей для описания взаимосвязи между продольным сцеплением и скоростью скольжения. Например, что касается изменчивости протекторов шин и вязкоупругих свойств резиновых материалов, Джонс предложил скорректировать классическую теорию трения, учитывая характеристики сцепления там, где шина и дорожное покрытие контактируют друг с другом [3].Впоследствии Гим разработал модель устойчивой шины, получившую название модели Гима Университета Аризоны (UA). В модели UA Gim шина упрощается до трехмерной пружины, устанавливается динамическое уравнение для контакта шины с дорожным покрытием и определяется критическая скорость скольжения. Однако для многих промежуточных переменных в модели UA некоторые ограничения были очевидны при попытке решить безразмерную длину области контакта [4]. В 1970 году Дугофф, предполагая, что площадь контакта между шиной и покрытием имеет прямоугольную форму, определил правило изменения продольной силы шины со скоростью продольного скольжения в зависимости от упругой деформации зоны контакта, и результаты соответствовали результатам испытаний [5] .Модель LuGre была впервые предложена в 1995 году для оценки характеристик сцепления шин и дороги с характеристиками деформации. Используя большое количество эластичных щетинок, модель LuGre смогла точно отразить характеристики продольного скольжения шины и асфальтового покрытия [6]. Герман предложил типичную полиномиальную модель для аппроксимации взаимосвязи между коэффициентом сцепления и коэффициентом скольжения на границе раздела шины и покрытия с использованием простой полиномиальной функции; однако эту модель нельзя применять при высоком коэффициенте скольжения [7].В 1993 году параметры модели Буркхардта варьировались в зависимости от состояния покрытия, что отражало изменение коэффициента продольного сцепления при различных условиях покрытия. Эта модель может оценивать и решать неизвестные параметры в соответствии с информацией об измерениях транспортного средства. В 1991 году Пацейка [8] впервые предложил типичную полуэмпирическую модель шины, получившую название модели «волшебной формулы». Он использует тригонометрическую функцию за счет стандартизации продольной силы, поперечной силы и обратного момента.

В настоящее время использование модели конечных элементов (МКЭ) является популярным выбором для изучения взаимодействия шин с дорожным покрытием. В 2003 году, основываясь на теории сохранения энергии, Джи использовал МКЭ для анализа влияния частичного аквапланирования на коэффициент сцепления [1]. Основываясь на уравнении зависимости между коэффициентом адгезии и толщиной водяной пленки, Цзи мог определить скорость движения. Fwa и его коллеги [9–12] установили МКЭ для взаимодействия шины с асфальтовым покрытием, обсудили влияющие факторы скорости аквапланирования и обнаружили, что правило изменения коэффициента трения зависит от толщины водяной пленки.Однако в этих исследованиях покрытие рассматривалось как гладкая плоская поверхность и не учитывались должным образом макро- и микроструктура асфальтового покрытия. Основываясь на теории фракталов поверхности, Чен проверил распределение напряжений в шинах и обнаружил положительную корреляцию между средним эффективным напряжением и коэффициентом трения [13]. Однако Чен не принимал во внимание характеристики адгезии, и точность измерений была ненадежной.

Существующие теоретические модели коэффициентов сцепления шины с дорожным покрытием в основном представляют собой упрощенные линейные модели стационарного режима [14], которые предполагают, что деформация шины находится в линейном диапазоне, когда шина находится в контакте с поверхностью дороги.Эти модели могут отражать только тенденцию изменения характеристик сцепления шин с точки зрения скорости продольного скольжения, но не могут использоваться в анализе управления автомобилем. Следовательно, в этой статье делается вывод, что кривая коэффициента сцепления зависит от коэффициента скольжения для разных асфальтовых покрытий. Кроме того, используя упрощенную модель шины в качестве механического элемента или фактического экспериментального наблюдения, в этой статье описывается взаимосвязь между коэффициентом сцепления и коэффициентом скольжения шины, когда между шиной и дорожным покрытием возникает трение.Эта статья не включает интенсивное исследование механизмов контакта шины с дорожным покрытием, поэтому не были получены основные механизмы коэффициента сцепления и влияющие факторы коэффициентов сцепления. Следовательно, для расчета характеристик сопротивления скольжению покрытия срочно необходим экологически безопасный и экономящий время метод, который может определить механизмы взаимодействия шины с дорожным покрытием.

Ввиду вышеупомянутых недостатков исследования, в этом исследовании дополнительно исследовались характеристики сцепления на границе раздела шины и асфальта путем объединения механизмов взаимодействия шины и покрытия для получения кривой характеристик сцепления, которая может описывать характеристики напряжения катящейся шины.Результаты показывают влияние коэффициента сцепления на сопротивление скольжению дорожного покрытия.

2. Цели и объем данного исследования

Цели и объем данного исследования следующие: (i) Основная цель этого исследования - определить характеристики сцепления на стыке шины с асфальтовым покрытием и получить FEM, который использует технику отслеживания поверхности жидкости (например, объем жидкости или VOF) для описания явления аквапланирования шины для различных покрытий. Это исследование также призвано предоставить теоретические справочные материалы для проектирования устойчивых к скольжению слоев асфальтового покрытия и тормозной системы автомобиля для дождливой погоды.(ii) Мы выбрали три типа типичных колейных плит из асфальтового покрытия для исследования: асфальтобетон (AC), каменно-мастичный асфальт (SMA) и слой трения с открытым градиентом (OGFC). Мы получили глубину текстуры дорожного покрытия с помощью технологии сканирования компьютерной томографии (КТ) и создали модель дорожного покрытия с информацией о макротекстуре и модель надувной шины с рисунком в ABAQUS. На основе связанного метода Эйлера – Лагранжа (CEL) мы применили модель потока воды для имитации шины для аквапланирования. (Iii) Чтобы сравнить точность и применимость модели с другими моделями, найденными в литературе, мы проверили МКЭ для аквапланирования, используя площадь контакта шины с дорожным покрытием и след шины.Мы получили кривую коэффициента сцепления шины с дорожным покрытием и проанализировали влияние соответствующих факторов, таких как материалы покрытия, давление в шине, скорость качения шины, толщина водяной пленки и макротекстура дорожного покрытия, то есть средняя глубина профиля (MPD), на шину. -характеристики сцепления с асфальтовым покрытием.

3. Шиномонтажная модель
3.1. Модель шин

Мы создали FEM для аквапланирования в ABAQUS и провели анализ аквапланирования с помощью модуля явного динамического анализа.Радиальная шина типа 225-40-R18, которую мы приняли в качестве модели шины, рассматривалась как композитная конструкция. Каркас изготовлен из резинового материала и композитного корда с резиной. Мы использовали модель Йео для описания сверхэластичных механических свойств резинового материала и применили элемент арматурного стержня, встроенный в поверхность, для моделирования армирующих композитов ремней, внутренней облицовки, слоев крышки, проволочного кольца и т. Д. Мы выбрали конкретный материал. параметры в модели Йео, такие как параметры материала каркаса шины и материала усиления ребер, согласно соответствующей литературе [15].

Мы использовали аналитическое твердое тело для формирования обода, чтобы гарантировать, что обод соответствует центру шины. Мы применили добавленный метод Лагранжа для описания поведения контакта между ободом и шиной. Мы построили сетку для геометрической модели сечения шины и рисунка в Hypermesh, а затем назначили соответствующие свойства материала. Затем мы импортировали модели с двумя сетками в ABAQUS для связывания компонентов и вращения вокруг оси симметрии, чтобы получить трехмерную модель шины с рисунком поверхности, показанным на рисунке 1; общее количество элементов - 223 452.


3.2. Асфальтовое покрытие Модель

В этой статье асфальтобетонные смеси представляют собой смеси AC, SMA и OGFC, которые широко используются в качестве поверхностных слоев асфальтового покрытия. В соответствии с китайскими спецификациями [16] в лаборатории были изготовлены образцы колейных плит длиной и шириной 300 мм и высотой 50 мм; В таблице 1 представлены расчетные градации для трех типов асфальтового покрытия.


Размер сита (мм)
Компоненты Проход каждого сита (%)
0.075 0,15 0,3 0,6 1,18 2,36 4,75 9,5 13,2 16

AC 6 10 13,5 19 26,5 37 53 76,5 95 100
SMA 10 13,2 16,3 19,5 22.7 25,8 29 63,5 97,9 100
OGFC 4,6 5,4 6,1 8,7 11,5 15,0 18,8 63,3 97,8 100

Информация о текстуре дорожного покрытия для образца асфальтобетона была получена с помощью рентгеновской томографии. Было получено 500 изображений сечения с интервалом 0.1 мм, что отвечает требованиям точности макроскопической текстуры. Затем изображения сечения были уменьшены, улучшены и двоично обработаны с помощью MATLAB; Между тем, пустоты в асфальтовых смесях были полностью удалены. Таким образом, каждый образец модели FE был расширен, чтобы получить весь МКЭ асфальтобетонного покрытия с информацией о макротекстуре в ABAQUS, как показано на рисунке 2.

3.3. Модель жидкости

В соответствии с различными системами координат, методы создания модели аквапланирования шины можно разделить на две категории: модель качения шины и модель потока.Модель качения шины больше соответствует реальным условиям работы шины, в результате чего на шину накладываются продольные и окружные смещения, заставляющие ее катиться вперед по дороге и сохранять статичность жидкости. Жидкость для перекатывания шины в модели используется для анализа аквапланирования шины. Что касается жидкостной модели, шина вращается вокруг центральной оси, и скорость применяется к дорожному покрытию, а жидкость - в противоположном направлении, чтобы имитировать процесс катания шины через водную пленку.

Для этого исследования мы применили одинаковую нагрузку и смещение к шине для двух методов моделирования и вычислили следы потока под экструзией шины, как показано на рисунке 3. По сравнению с моделью потока мы обнаружили, что следы потока могут быть полностью моделируется моделью качения шины. Однако по мере увеличения размера модели покрытия эффективность вычислений снижается. Жидкую модель легче моделировать с более высокой эффективностью вычислений, а также лучшей сходимостью по сравнению с моделью качения шины.В этом исследовании необходимо моделировать многие модели шин при высокоскоростном движении, что потребовало значительных расчетов. Таким образом, предлагаемая модель аквапланирования шины основана на модели потока, а не на модели качения.

Мы создали модель жидкости, которая состоит из воздушного и водяного агрегатов, используя ABAQUS / CAE. Мы приняли уравнение состояния Ми – Грюнайзена для описания механических откликов и характеристик жидкости водной пленки при высокоскоростном ударе. Мы получили материальные параметры уравнения Ми – Грюнайзена как с = 1.92 и = 1,20 на основании данных испытаний Hugoniot [17] под действием жидкости. Для моделирования жидкости вода рассматривается как жидкость Ньютона; то есть жидкость несжимаема. На основе уравнения сохранения количества движения, которому соответствует жидкость, и уравнения Стокса, напряжение Коши жидкости разлагается на напряжение сдвига и поверхностное давление микроэлемента жидкости. Таким образом, определяющее уравнение для модели жидкости может быть выражено как уравнение (1). При использовании модели размером 80 мм × 390 мм × 320 мм плотность ячеек увеличивается на потенциальной границе раздела шины с дорожным покрытием, и минимальный размер ячеек составляет 1 мм × 1 мм × 1 мм.Общее количество элементов Эйлера EC3D8R в жидкости составляет 381 420, а количество узлов - 415 576: где ρ w - плотность жидкости, t - время, - вектор скорости жидкости, p - давление на поверхности микроэлемента воды, η - коэффициент динамической вязкости жидкости, а b w - объемная плотность жидкости.

3.4. Метод CEL

Поскольку создается большее напряжение и деформация, которые влияют на грунт и гидродинамическое давление на катящуюся шину и, таким образом, влияют на сложную динамическую деформацию соединения на границе раздела шины и жидкости, метод CEL может применяться для создания разделов сетки при моделировании. процесс.Единица Лагранжа используется для представления накачанной шины и асфальтового покрытия, а единица Эйлера используется для описания турбулентной жидкости, необходимой для построения модели. Мы использовали скорость, чтобы ограничить границу раздела этих двух устройств, чтобы гарантировать совпадение скорости потока, когда разные материалы проходят через сетку. Затем мы вычислили значения межфазного напряжения и повторяли несколько раз, пока не произошло схождение. Мы использовали обобщенный контакт, чтобы определить эффективный контакт между двумя типами модельных единиц; На рисунке 4 представлена ​​модель аквапланирования шины.


Движущаяся граница водяной пленки затрудняет определение местоположения водяной пленки при качении шины. Поэтому мы применили технику отслеживания поверхности жидкости, или VOF [18], для имитации движения границы раздела жидкость-шина в модели аквапланирования шины. В методе VOF объемная доля Эйлера определяется путем использования жидкости через сетку элементов, как выражено в уравнении (2). Числовое значение для функции представляет собой отношение объема жидкости в элементах Эйлера ко всему элементу Эйлера и является функцией пространства и времени: где - скорость жидкости, а - время.Когда сетка заполнена жидкостью; когда он пуст; и когда в сетке существует свободная поверхность. Таким образом, этим методом можно точно описать поверхность, свободную от жидкости.

В этой статье температура модели водяной пленки составляет 20 ° C, ее плотность составляет 998,2 кг / м 3 , динамическая вязкость составляет 1,002 × 10 −3 Н · См / м 3 , а кинематическая вязкость составляет 1,004 × 10 -6 м 2 / с.

3.5. Проверка модели гидропланирования шин

Чтобы проверить применимость модели гидропланирования шин, мы проверили площадь контакта шины с дорожным покрытием.Устанавливаем скорость шины 70 км / ч; остальные граничные условия оставались постоянными. Затем мы проанализировали взаимосвязь между площадью контакта шины с дорожным покрытием и различными этапами процесса аквапланирования. Как показано на рисунке 5, площадь контакта с шиной, катящейся по сухому асфальтовому покрытию, является наибольшей, когда время составляет 7,003 с, и шина постепенно отрывается от поверхности покрытия при постоянном контакте с водой. Площадь контакта шины с дорожным покрытием достигла состояния равновесия при т = 7.020 с. На рисунке 5 показано, что размер этой области составляет четверть площади первоначального контакта. Результаты анализа силы вертикального контакта шины с дорожным покрытием соответствуют литературным [19]. Результаты доказывают, что предложенная модель аквапланирования шины эффективна для моделирования.

4. Коэффициент сцепления шины с дорожным покрытием

Из-за влияния рисунка шины, текстуры поверхности дороги и характеристик резинового материала коэффициент сцепления не может быть равен коэффициенту трения резинового материала шины.Коэффициент сцепления - это тангенциальная сила, деленная на нормальную нагрузку. Поскольку происходит только упругое скольжение, а ведущее колесо не проскальзывает полностью, часть зоны контакта шины с дорожным покрытием создает трение скольжения. Область контакта шины с дорожным покрытием содержит область сцепления и область скольжения. Тангенциальная сила реакции на шину складывается из продольной силы в области сцепления и трения скольжения в области скольжения [20, 21]. Следовательно, коэффициент сцепления может быть рассчитан следующим образом: где - коэффициент сцепления в сухом состоянии, - коэффициент трения скольжения, - трение скольжения в области сцепления и значение трения скольжения в области скольжения (рис. 6).


Физически коэффициент адгезии можно понимать как отношение суммы тангенциальных сил реакции, действующих на контактную поверхность, к нормальной нагрузке на всю контактную поверхность. Коэффициент сцепления является переменным и постепенно увеличивается с увеличением крутящего момента привода или тормозного момента, прилагаемого к шине, что не соответствует закону Кулона. Когда область скольжения распространяется на всю площадь контакта, сцепление происходит за счет трения.

Асфальтовое покрытие с хорошей макротекстурой поверхности не только может улучшить скорость аквапланирования шины, но также обеспечить достаточное сцепление при катании по мокрой поверхности.Коэффициент трения между резиной протектора шины и асфальтовым покрытием в условиях сухого покрытия определен на основе литературы [22]. Мы адаптировали модель аквапланирования шин для расчета и анализа коэффициента сцепления с мокрым асфальтовым покрытием в соответствующих рабочих условиях.

Во время процесса аквапланирования шина подвергается воздействию нагрузки на ось, силы реакции земли и подъемной силы жидкости в вертикальном направлении. Однако в горизонтальном направлении шина может подвергаться взаимодействию сопротивления трения между дорогой и резиной, силы удара потока воды, силы вязкости жидкости и т. Д.Если в модели аквапланирования предполагается, что шина движется по прямой линии, то такие факторы, как поперечный крутящий момент, в модели не учитываются. Таким образом, все факторы горизонтального сопротивления вместе именуются «сопротивлением качению», как показано на рисунке 7.


Для предложенной модели аквапланирования уравнение (4) используется для расчета коэффициента сцепления шины во влажных условиях. В модели, валки шины в направлении Z , так что сопротивление качению шины рассчитывается на основе соединения силы в Z направлении, который принимается опорной точки на ободе: где μ s - коэффициент сцепления шины во влажных условиях; µ - коэффициент сцепления шины в сухих условиях; F d - сила сопротивления жидкости; F h - нагрузка на ось шины; F z - сопротивление качению шины; и F t - подъемная сила жидкости.

При расчете коэффициента адгезии на асфальтовом покрытии должна быть установлена ​​достаточно длинная модель жидкости, и для расчета коэффициента адгезии считывается сила, которую опорные точки обода испытывают в соответствующие моменты времени в горизонтальном направлении. Поскольку поведение шины при ускорении на поверхности воды необходимо моделировать, инерционная сила должна быть применена к области жидкости для поддержания процесса ускорения потока воды, а остальные граничные условия должны оставаться неизменными.

Учитывая, что шины транспортного средства тормозятся из состояния чистого качения в заблокированное положение, и, таким образом, проскальзывание является постепенным процессом [23], мы использовали коэффициент скольжения S для оценки пропорции проскальзывания колес. Когда шина тормозит, скорость сердечника колеса устанавливается равной, а угловая скорость вращения равна. Учитывая эквивалентный радиус шины после вертикального сжатия, скорость скольжения шины может быть выражена следующим образом [24]:

На основе трехмерного FEM катящейся шины вертикальная нагрузка на ось колеса сохраняется постоянной.Используя тот же процесс моделирования, что и предыдущее покрытие AC-13 с информацией о макротекстуре, мы создали модели для SMA-13 ​​и OGFC-13 соответственно. Продольное сцепление шины с тремя типами асфальтового покрытия во время торможения определялось путем регулирования скорости скольжения. При удельной нормальной силе грунта, приложенной к колесам, коэффициент продольного сцепления при торможении достигает максимума, когда скорость скольжения составляет около 15 процентов, что означает, что сцепление между шиной и дорожным покрытием также является максимальным, как показано на Рисунок 8 (а).Кроме того, эффект торможения подтверждает теорию о том, что антиблокировочная тормозная система (ABS) может сократить тормозной путь автомобиля. Эффект торможения является основой для анализа коэффициента сцепления шины с дорожным покрытием в состоянии ABS. Когда коэффициент скольжения превышает 15 процентов, продольная сила уменьшается с увеличением степени скольжения; этот результат вызван относительным скольжением границы раздела между поверхностью шины и поверхностью дороги, как показано на Рисунке 8 (b).

5.Результаты и обсуждение

В этом исследовании мы установили толщину водяной пленки Эйлерова жидкости в трехмерном надувном МКЭ для аквапланирования шины с рисунком для построения шины и предлагаемой модели контакта с дорожным покрытием. В соответствии с литературой [25], мы импортировали кривую коэффициента трения между резиной и дорожным покрытием в модель FE, а затем проанализировали факторы, влияющие на адгезионные свойства поверхности раздела шины и покрытия в сухих и влажных условиях. Хорошо известно, что коэффициент сцепления шины с дорожным покрытием зависит от многих факторов, включая факторы транспортного средства (такие как скорость, коэффициент скольжения, развал и нагрузка на ось), факторы шин (такие как материал, тип шины, глубина протектора шины. , и внутреннее давление), факторы покрытия (такие как тип дороги, макротекстура и микротекстура, дренажная способность) и факторы дорожной смазки (такие как тип смазки, глубина и температура) [26].Для этого исследования мы выбрали скорость автомобиля, давление в шинах, макротекстуру дорожного покрытия и толщину водяной пленки в качестве переменных для анализа правила изменения коэффициента сцепления шины с дорожным покрытием.

5.1. Факторы, влияющие на коэффициент сцепления шин с дорожным покрытием при состоянии АБС

При движении на высокой скорости по сухой дороге водитель может экстренно затормозить в неожиданной ситуации; тогда автомобиль автоматически перейдет в состояние ABS. Чтобы определить максимальную безопасную скорость при аквапланировании шин в определенных условиях, шины необходимо установить в состояние ABS.Когда шина находится в состоянии ABS, контакт между резиной протектора и дорожным покрытием является сложным. Следовательно, коэффициент трения, определенный традиционной теорией трибологии, не подходит для оценки сопротивления шины скольжению. В шинной науке используется коэффициент сцепления как значение тангенциальной силы, деленной на нормальную нагрузку.

В состоянии ABS применяется определяемая пользователем модель трения. Для этого исследования нагрузка на ось была установлена ​​как 3922 Н в модели контакта шины с дорожным покрытием; давление в шинах было установлено равным 200 кПа, 240 кПа, 300 кПа и 350 кПа соответственно, а скорости шины были установлены на 40 км / ч, 60 км / ч, 80 км / ч и 100 км / ч соответственно.Регулирование изменения коэффициента сцепления шины с давлением в шине, начальной скоростью и значением MPD было смоделировано в состоянии ABS, как показано на рисунке 9.

Рисунок 9 (а) показывает, что коэффициент сцепления шины увеличивается с увеличением Для давления в шине общая тенденция изменения параболическая, и возрастающая амплитуда уменьшается с увеличением давления в шине. Когда давление накачки увеличивается с 200 кПа до 240 кПа, коэффициент сцепления увеличивается на 16 процентов до 21 процента, давление накачки увеличивается с 300 кПа до 350 кПа, а коэффициенты сцепления увеличиваются на 8 процентов до 10 процентов, что в основном соответствует с результатами испытаний шины Goodyear Eagle.Согласно результатам полевых испытаний Goodyear Eagle [27], коэффициент сцепления шин с давлением 35 фунтов на квадратный дюйм больше 24 фунтов на квадратный дюйм, поскольку скорость транспортного средства ниже 40 км / ч. Разница может быть вызвана такими факторами, как материал и структура шины, значение MPD асфальтового покрытия и т. Д. Обычно считается, что повышение давления в шине приведет к снижению коэффициента сцепления. Влияние внутреннего давления на площадь контакта с отпечатком, коэффициент скольжения, сопротивление качению шины, подъем жидкости и силы сопротивления будет подробно обсуждаться в следующей статье.

Рисунок 9 (b) показывает, что в целом коэффициент сцепления шины постепенно уменьшается с увеличением скорости движения. Коэффициент сцепления шин с дорожным покрытием переменного тока снижается на 21,3 процента при увеличении скорости с 40 км / ч до 100 км / ч, для покрытия SMA уменьшается на 17,1 процента, а для покрытия из OGFC - на 14,1 процента. Таким образом, с увеличением скорости транспортного средства дорожное покрытие с лучшей текстурой имеет более высокое сопротивление скольжению.

Шесть значений MPD были рассмотрены в этом исследовании для дальнейшего анализа влияния макротекстуры асфальтового покрытия на коэффициент сцепления шины; На рисунке 9 (c) представлены результаты расчетов.С увеличением значения MPD асфальтового покрытия увеличивается и коэффициент сцепления шины. Это явление особенно очевидно в высокоскоростном режиме. Например, когда значение MPD для асфальтового покрытия увеличивается с 0,32 до 1,21 при скорости автомобиля 40 км / ч, коэффициент сцепления увеличивается на 33,7 процента; однако коэффициент сцепления увеличивается на 47,1 процента при скорости 100 км / ч.

5.2. Влияние скорости шины на коэффициент сцепления во влажных условиях

В модели аквапланирования шины с накачкой давление в шине установлено на уровне 240 кПа, нагрузка на ось - на 3922 Н, а толщина водяной пленки - на 2 мм и 5 мм. мм соответственно.Коэффициент сцепления для трех различных асфальтовых покрытий был проанализирован при скорости шин 40 км / ч, 60 км / ч, 80 км / ч и 100 км / ч соответственно. На рисунке 10 показано влияние скорости вращения шины на коэффициент сцепления h w , представляющий толщину водяной пленки. Коэффициент сцепления уменьшается с увеличением скорости вращения шин при любых условиях работы. Тем не менее, покрытие OGFC имеет самый высокий коэффициент сцепления при той же толщине водяной пленки и скорости вращения шин, за ним следует покрытие SMA, а покрытие переменного тока имеет самый низкий.При такой же толщине водяной пленки клей

.

Как площадь поверхности влияет на силу трения

  1. Образование
  2. Наука
  3. Физика
  4. Как площадь поверхности влияет на силу трения

Стивен Хольцнер

Сила трения зависит от характеристик поверхности материалов которые вступают в контакт. Как физика теоретически предсказывает эти характеристики? Это не так. Детальное знание соприкасающихся поверхностей - это то, что люди должны измерить самостоятельно (или они могут проверить таблицу с информацией после того, как кто-то другой проделает всю работу).

Вы измеряете то, как нормальная сила (сила, перпендикулярная поверхности, по которой скользит объект) связана с силой трения. Оказывается, что с хорошей степенью точности эти две силы пропорциональны, и вы можете использовать константу

для связи двух:

Обычно это уравнение записывается в следующих терминах:

Это уравнение говорит вам, что когда у вас есть нормальная сила, F N , все, что вам нужно сделать, это умножить ее на константу, чтобы получить силу трения, F F . Эта константа,

называется коэффициентом трения , - это то, что вы измеряете для контакта между двумя конкретными поверхностями. ( Примечание: Коэффициенты - это просто числа; у них нет единиц измерения.)

Вот пара вещей, которые следует запомнить:

  • Уравнение

  • связывает величину силы трения с величиной нормальной силы. Нормальная сила всегда направлена ​​перпендикулярно поверхности, а сила трения всегда направлена ​​параллельно поверхности. F F и F N всегда перпендикулярны друг другу.

  • Сила трения обычно не зависит от площади контакта между двумя поверхностями. Это означает, что даже если у вас есть два тяжелых объекта одинаковой массы, один из которых вдвое короче и вдвое выше другого, они все равно испытывают ту же силу трения, когда вы тащите их по земле.В этом есть смысл, потому что если площадь контакта удвоится, вы можете подумать, что у вас должно получиться вдвое больше трения. Но когда вы удваиваете длину объекта, вы вдвое уменьшаете силу, действующую на каждый квадратный сантиметр, потому что над ним оказывается меньше веса, чтобы толкать его вниз. Обратите внимание, что это соотношение нарушается, когда площадь поверхности становится слишком маленькой, поскольку тогда коэффициент трения увеличивается, потому что объект может начать врезаться в поверхность.

Об авторе книги

Стивен Хольцнер, доктор философии, работал редактором журнала PC Magazine и работал на факультете Массачусетского технологического института и Корнельского университета.Он написал Physics II For Dummies , Physics Essentials For Dummies и Quantum Physics for Dummies .

.

Решения NCERT для науки класса 9 Глава 9 Сила и законы движения

  • Решения NCERT
  • Р. Д. Шарма
    • Решения RD Sharma класса 12
    • Решения
    • RD Sharma Class 11 Скачать бесплатно PDF
    • Решения RD Sharma Class 10
    • Решения RD Sharma класса 9
    • Решения RD Sharma класса 8
    • Решения RD Sharma класса 7
    • Решения RD Sharma класса 6
  • Класс 12
    • Класс 12, естествознание
      • Решения NCERT для математики класса 12
      • Решения NCERT для физики класса 12
      • Решения NCERT для химии класса 12
      • Решения NCERT для биологии класса 12
      • Решения NCERT для класса 12 по экономике
      • Решения NCERT для информатики 12 класса (Python)
      • Решения NCERT для информатики 12 класса (C ++)
      • Решения NCERT для класса 12 Английский
      • Решения NCERT для класса 12 Хинди
    • Класс 12 Торговля
      • Решения NCERT для математики 12 класса
      • Решения NCERT для бизнес-исследований класса 12
      • Решения
      • NCERT для класса 12 A
.

English_Materials_Science_no_answers - Стр 3

Глава 2 Характеристики материалов

2.1 Структура

Структура материала обычно определяется расположением его внутренних компонентов. На атомном уровне структура включает организацию атомов относительно друг друга. Субатомная структура включает электроны внутри отдельных атомов и взаимодействия с их ядрами.Некоторые важные свойства твердых материалов зависят от геометрического расположения атомов, а также от взаимодействий между атомами или молекулами.

Различные типы первичных и вторичных межатомных связей удерживают вместе атомы, составляющие твердое тело.

Следующая по величине структурная область имеет наноскопический масштаб и включает молекулы, образованные связью атомов, и частицы или структуры, образованные атомной или молекулярной организацией, все в пределах размеров от 1 до 100 нм.За пределами наномасштаба есть структуры, называемые микроскопическими, что означает, что их можно непосредственно наблюдать с помощью какого-либо микроскопа. Наконец, макроскопическими называются структурные элементы, которые можно увидеть невооруженным глазом.

(от Callister, с изменениями и сокращениями)

Глоссарий

Задача 1. Работа с партнером. Заполните таблицу различными структурными уровнями и их характеристиками, как описано в тексте.

структурный уровень

характеристики

И.Айзенбах, Английский язык для материаловедения и инженерии, DOI 10.1007 / 978-3-8348-9955-2_2, © Vieweg + Teubner Verlag | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 2011

2.2 Некоторые фразы для академического письма

13

Задача 2. Выберите правильные термины для следующих определений.

Достаточно стабильная, электрически нейтральная группа, состоящая, по крайней мере, из двух единиц в определенном расположении, удерживаемых вместе прочными химическими связями.. …………………………………………… ..

Наименьшая частица, характеризующая элемент. …………………………………………… ..

Основная субатомная частица, несущая отрицательный электрический заряд. . …………………………………………

Он составляет почти всю массу атома. . …………………………………………… ..

Положительно заряженная субатомная частица. . …………………………………………… ..

Электрически нейтральная субатомная частица. . …………………………………………… ..

2.2 Некоторые фразы для академического письма

Введение

В данной статье / проекте / статье речь пойдет о…

В нашем исследовании мы исследовали…

Наша основная цель -…

Делаем обобщение

Как известно…

Принято считать, что…

Составление точной ведомости

В частности

В частности / особенно / в основном / более конкретно

Цитирование

Согласно / со ссылкой на…

Как сообщалось в… от…

Ссылаясь на более ранние работы…

Представляем пример

e.г. …

, если… рассматривается, например,

14

Глава 2 Характеристики материалов

Устный перевод

Данные можно интерпретировать следующим образом…

Из этих данных следует, что…

Это указывает на то, что…

Ссылаясь на данные

Как показано в таблице / диаграмме / данных / диаграмме / графике / графике / рисунке

Добавление аспектов

Кроме того, наши данные показывают…

Дополнительно… необходимо учитывать

Выражение уверенности

Ясно / очевидно / определенно / заметно, что…

Однозначный результат - что…

Выражение неопределенности

Пока не ясно,…

Однако он все еще остается неопределенным / открытым, если…

Подчеркивая

Следует подчеркнуть, что…

Подведение итогов

Наше расследование показало, что…

Подводя итоги…

Заключение

Приходим к выводу, что…

Наша дальнейшая работа будет сосредоточена на…

Дальнейшие исследования / исследования по… все еще необходимы.

Подробные сведения о… все еще отсутствуют.

2.3 Пример использования: The Gecko

15

2.3 Пример использования: Gecko

Рисунок 3: Нижняя сторона геккона и его лапы [адаптировано из Сешадри]

Задача 1. Работа с партнером. Заполните пробелы в тексте словами из поля в правильной форме. Некоторые термины используются более одного раза.

адгезия; клей; дизайн; горизонтальный; масса; микроскопический; молекула; релиз; остаток; самоочистка; липкий; поверхность; нижняя сторона; вертикальный

На фотографии изображен ……………………………….………. геккона, безобидной тропической ящерицы и ее пальцев. Исследователи во всем мире изучают адгезивную систему животных. Ученые хотят научиться у природы, как ………………………………. ………. сухие клеи, такие как гекконы, применяются при движении ног по гладкой поверхности. Животные достигают высоких сил сцепления и трения, необходимых для быстрого ………………………………. ………. (бег по стенам) и перевернутый (бег по нижней стороне ………………………………. ………. поверхностей) движения, так как их ……………………………….… ……. ноги будут цепляться практически за любую поверхность.Тем не менее, они могут легко и быстро освободить липкие подушечки под пальцами ног, чтобы сделать следующий шаг. Геккон может поддерживать свое тело ………………………………. ………. с одним пальцем, потому что в нем очень большое количество ………………………………. ………. небольшие упорядоченные пучки волокон на каждой подушечке пальцев. Когда эти волокнистые структуры входят в контакт с поверхностью, между волосами

возникают слабые силы притяжения, то есть силы Ван-дер-Ваальса.

………………………………. ………. и молекулы на поверхности. Тот факт, что эти волокна настолько малы и их так много, объясняет, почему животное сжимает ……………………………….………. так плотно. Кому

………………………………. ………. своей хваткой геккон просто скручивает пальцы ног и отдирает волокна

16

Глава 2 Характеристики материалов

с поверхности. Еще одна интересная особенность подушечек пальцев геккона - их размер

.

………………………………. ………. То есть к ним не прилипают частицы грязи. Ученые только начинают понимать механизм ……………………………….………. для этих крошечных волокон, которые могут привести к развитию ………………………………. ………. самоочищающаяся синтетика. Представьте себе клейкую ленту, которая никогда не теряет своей липкости, или бинты, которые никогда не оставляют липких следов ………………………………. ……… ..

(от Callister, с изменениями и сокращениями)

Глоссарий

клей n, прил.,

вещество, используемое для соединения поверхностей, липкое

для сцепления, адгезия, n

выпуск, в, н

отпустить

остаток

остаток sth после удаления детали

подносок

подушкообразная плоть на внутренней стороне пальцев ног и ног животных

изолента

клейкая лента для герметизации каналов отопления и кондиционирования воздуха

2.4 Объект

Во время использования все материалы подвергаются воздействию внешних раздражителей, вызывающих какую-либо реакцию. Свойство - это материальная характеристика, которая описывает вид и величину реакции на определенный стимул. Например, образец, подвергшийся воздействию сил, будет деформироваться, или отполированная металлическая поверхность будет отражать свет. В общем, определение свойства не зависит от формы и размера материала.

Практически все важные свойства твердых материалов можно сгруппировать в шесть различных категорий:

–механика

–электрический

–тепловой (включая температуры плавления и стеклования)

–магнитный

–оптический

–разрушающий

(от Callister, с изменениями и сокращениями)

Глоссарий

Температура стеклования Tg

температура, при которой при охлаждении некристаллическая керамика

превращается из переохлажденной жидкости в твердое стекло

переохлажденный

охлаждение ниже температуры фазового перехода без

возникновение трансформации

Механические свойства относятся к деформации приложенной нагрузки или силы; примеры включают модуль упругости и прочность.

Глоссарий

Модуль упругости (E) или модуль Юнга, свойство материала, которое связывает деформацию (, эпсилон) с приложенным напряжением (, сигма), ср. п. 9

Электрические свойства: электропроводность, удельное сопротивление и диэлектрическая проницаемость. Стимул - это напряжение или электрическое поле.

Глоссарий

проводимость

способность передавать тепло и / или электричество

удельное сопротивление

способность материала препятствовать прохождению электрического тока

диэлектрическая проницаемость

мера способности материала сопротивляться образованию электрического поля

внутри него

Тепловые свойства твердых тел можно описать с помощью теплоемкости и теплопроводности.

Плохая теплопроводность является причиной того, что плитки космических челноков, содержащие аморфный пористый диоксид кремния (SiO2), можно удерживать на углах, даже если они светятся при температуре 1000 ° C.

Глоссарий

плитка

плоский квадратный кусок материала

Задача 1. Работа с партнером. Обратитесь к текстам, затем ответьте на вопросы.

Что такое собственность материала?

……………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………

Учитывают ли механические свойства деформацию?

……………………………………………………………………… .. …………………………………………………… …………………………………………

Как можно охарактеризовать термическое поведение твердых тел?

……………………………………………………………………… .. …………………………………………………… …………………………………………

Магнитные свойства демонстрируют реакцию материала на приложение магнитного поля.

18

Глава 2 Характеристики материалов

Оптические свойства - это реакция материала на электромагнитный или видимый свет.Показатели преломления и отражательной способности являются типичными оптическими свойствами.

Глоссарий

преломление

изгиб светового луча при переходе из одной среды в другую

коэффициент отражения

способность отражать, т.е. изменять направление светового луча на границе раздела

между двумя средами

Ухудшение свойств связано с химической реакционной способностью материалов.Химическая реакционная способность, например Коррозия такого материала, как сплав, может быть уменьшена путем термообработки сплава перед выдержкой в ​​соленой воде. Термическая обработка изменяет внутреннюю структуру сплава. Таким образом можно задержать распространение трещины, ведущее к механическому разрушению.

Глоссарий

распространение

процесс распространения на большую площадь

«как есть»

«на

160 ° C за 1 час перед испытанием »

Сплав 7178 испытан в

насыщенный водный NaCl

раствор при 23 ° C

Рисунок 4:

увеличение нагрузки

Распространение трещин и нагрузка [адаптировано из Сешадри]

Задача 2.Обратитесь к разделу 2.5 «Некоторые фразы для описания рисунков, диаграмм и формул для чтения» и напишите короткий абзац для графика на рисунке выше, описывая то, что показано.

График на рисунке выше показывает

……………………………………………………………………… .. …………………………………………………… …………………………………………

……………………………………………………………………… .. …………………………………………………… …………………………………………

……………………………………………………………………… .. …………………………………………………… …………………………………………

……………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………… .. …………………………………………………… …………………………………………

……………………………………………………………………… .. …………………………………………………… …………………………………………

……………………………………………………………………… .. …………………………………………………… …………………………………………

2.5 Некоторые фразы для описания рисунков, диаграмм и для чтения формул

19

2.5 Некоторые фразы для описания рисунков, диаграмм и для чтения формул

График / Диаграмма

график / диаграмма / рисунок представляет… показывает значение для…

показывает взаимосвязь между…

кривая показывает крутой наклон, пик, впадину

кривая круто поднимается / сглаживается / падает / экстраполируется до нуля

Участок

для нанесения точек на / вдоль оси

для построения графика… против… для… x отображается как функция от y

Система координат

абсцисса (ось x) и ордината (ось y)

система координат показывает частоту… относительно / на…

Уголок

параллель; перпендикуляр; горизонтальный к прямому углу (90 °)

острый угол (менее 90 °) тупой угол (более 90 °) прямой угол (180 °)

Математика

применять закон

равняться, чтобы равняться для вычисления / вычисления

для определения / принятия / замены значения для вывода уравнения

в дроби, есть числитель и делитель (знаменатель)

Глоссарий

уклон

линия, уходящая от горизонтали

для получения

вывести; получить (функцию) дифференцированием

20

Глава 2 Характеристики материалов

Задача 1.Заполнить таблицу.

10,000 прочитано десять тысяч

0,28 читается ...

1/

4

1/

один на двенадцать

12

6 3/

5

x2

x3

х-4

4

3a

1 / х

и

нет

Глоссарий

уклон

линия, уходящая от горизонтали

для получения

вывести; получить (функцию) дифференцированием

2.6 Грамматика: Сравнение

Сравнение двух или более вещей на английском языке

Добавляйте -er и -est к прилагательным с одним слогом strong - Strong - Strongest

к прилагательным с двумя слогами и оканчивающимися на -y маслянистый - маслянистый - маслянистый

Используйте more and most для прилагательных, состоящих более чем из двух слогов и не оканчивающихся на -y устойчивый - более устойчивый - наиболее устойчивый.

для наречий

Полиэтилен производят чаще, чем полиэтилен (тетрафторэтилен).

2.7 Обработка и производительность

21

Задание 1. Заполните пробелы в таблице правильными формами.

Неправильные формы:

хорошо ...........................................

...........................................

плохо ...........................................

...........................................

далеко ...........................................

........................................... (когда речь идет о расстоянии )

далеко ...........................................

........................................... (в отношении степени / степень)

мало ...........................................

........................................... (в отношении суммы )

мало ...........................................

........................................... (когда речь идет о размере )

много / много ...........................................

...........................................

Использовать как… как при сравнении элементов с одинаковыми характеристиками.

Физика так же интересна, как химия.

Используйте not as (so)… as при сравнении предметов с разными характеристиками.

Полимеры не такие хрупкие, как керамика.

В качестве альтернативы используйте -er / more… than.

Некоторые сплавы легче обрабатывать, чем другие.

2.7 Обработка и производительность

Материалы различаются не только по структуре и свойствам, но и по обработке и характеристикам. Обработка определяет структуру, а структура влияет на собственность.Наконец, свойство влияет на производительность.

поликристалл:

поликристалл:

монокристалл

низкая пористость

высокая пористость

Рисунок 5: Кристалличность и коэффициент пропускания света

.

Смотрите также


Оцените статьюПлохая статьяСредненькая статьяНормальная статьяНеплохая статьяОтличная статья (проголосовало 13 средний балл: 5,00 из 5)