随着机动车数量的逐年增加,汽车等交通方式的普遍使用一方面方便了人们的出行,缩短了城市间的距离,但同时也带来了频发的交通安全事故,严重时甚至威胁到驾驶员和乘客的生命安全。轮胎是影响汽车操纵稳定性的主要部件,轮胎与路面的接触情况决定了汽车能否安全行驶,尤其是在阴雨、潮湿等路面附着条件较差时,如果轮胎与路面不能良好接触,汽车将无法实现加速、减速及转弯等工况。因此,研究汽车在湿滑路面上轮胎的滑水性能对于雨天安全行车具有重要意义。本文运用大型非线性有限元软件ABAQUS对205/55R16的光面胎和纵向花纹两种子午线轮胎进行稳态计算,接着加入水膜模型建立轮胎-水流耦合模型进行滑水动态仿真分析,以轮胎在发生滑水现象时的临界速度表征滑水性能的优劣,并基于研究成果合理提出改善轮胎滑水性能的对策,提高雨天行车安全率。本文首先建立了轮胎有限元模型,在建模过程中充分考虑了轮胎结构的非线性、材料的非线性和与地面接触的非线性等特性,建立了包括光面花纹和纵向花纹两款子午线轮胎的二维及三维网格模型。轮胎的变形和运动状态采用拉格朗日法描述,橡胶基体材料采用Yeoh超弹性材料模型、橡胶-帘线复合材料则采用Rebar单元进行拟合,考虑轮辋刚性较大的特性,可直接处理为刚体单元。依托静力学试验仪器,将径向刚度试验结果与有限元模拟结果对比验证,表明建立的轮胎模型具有较高精度,可用来模拟轮胎充气、加载的稳态过程以及后续的滑水动态分析。接着基于CEL法建立了轮胎-水流耦合模型,用欧拉法描述水流运动,用流体体积方法(VOF)实现水表面自由流体的构建,轮胎与水流间的耦合方式采用弱耦合形式,利用一定的方法处理交界面上的信息传递。由于无法与滑水实车试验数据对比,将仿真得到的临界滑水速度与经验公式进行验证,表明本文建立的滑水模型是有效可靠的。最后对轮胎有限元模型进行静态力学分析和对轮胎-水流模型进行滑水动态分析,轮胎的充气和自重加载工况下的仿真结果表明:轮胎受压后外轮廓发生了较大变形,由于结构的对称性,应力分布也呈现出高度的对称,且在胎肩部位出现了“翘曲”特性,与实际情况符合;接着选取路面水膜深度、充气压力、垂直负载和胎面性质等不同参数对轮胎进行滑水仿真分析,从定性和定量两方面探究轮胎的滑水性能,模拟仿真结果表明:路面积水深度与轮胎的滑水性能反向变化,水膜每增加约5mm,轮胎的临界滑水速度就降低约8%,且膜厚越大,下降速度越快;充气压力和载荷与轮胎的滑水性能均呈正相关;轮胎花纹块的磨损越严重,轮胎的滑水性能也越差;以上结果都显示纵向花纹轮胎的滑水性能优于光面轮胎,而胎面胶料的硬度性质对轮胎滑水性能的影响不是很明显。基于以上分析结果,为保证驾驶员雨天安全行车,可从这4个因素中合理改变以提高轮胎滑水性能,降低滑水现象的发生。