现代装甲运兵平台由先前的履带车辆向速度更高、机动性更强的轮式装甲车辆方向倾斜,因此对于轮式装甲车辆所装配的防弹安全车轮的发展提出了更高要求。在车辆高速行驶工况下,若发生轮胎爆胎事件后果不堪设想,机械弹性安全车轮的出现解决了这个难题。机械弹性安全车轮作为新一代非充气安全车轮,多年来课题组对其进行不断地探索研究,目前在轮胎力学、径向刚度、接地与抓地性、侧偏特性等方面取得了一系列的研究成果。通过前期的研究使得机械弹性安全车轮在理论方面趋于完善,但是目前来说仍存在寿命偏低的问题,而前期的学者们并没有涉及任何有关耐久性方面的研究。因此有必要通过对机械弹性安全车轮进行结构强度分析进而对其耐久性进行深入研究,从而揭示其耐久性相关因素,提出较为精确的预测模型,进而对其进行设计优化。本文针对机械弹性安全车轮,建立了其力学分析模型,并分析了各铰链组在不同位置时的受力情况;校核了各零部件所能承受的极限载荷,研究车轮的结构强度;建立了机械弹性安全车轮寿命预测模型,并较为准确的预测了其寿命;耦合模态分析、热应力分析和随机载荷应力分析,对机械弹性安全车轮的失效机理进行了研究。论文的主要研究内容包括:(1)建立了机械弹性安全车轮力学分析模型,并从理论上对其受力状况进行了分析,得到了铰链组在不同位置时的受力情况;对卡环、铰链组等零部件进行强度拉伸测试,校核零部件强度并将测试结果与有限元仿真结果进行对比,在验证有限元模型的基础上对车轮零部件静强度进行了分析;对0轮的径向刚度以及机械弹性安全车轮的径向刚度与侧向刚度进行了分析,揭示了其侧向力与垂直载荷之间的关系。(2)基于实际汽车试验场道路信息,建立了虚拟试验场强化道路模型,在此基础上对机械弹性安全车轮不同的寿命预测方法进行了研究;通过计算机械弹性安全车轮在直线行驶工况和转弯工况下的动载荷,得到了机械弹性安全车轮动载系数、动载荷与车速的关系,以及机械弹性安全车轮的最大驱动力和驱动力、附着力之间关系;使用两种寿命预测方法分别计算机械弹性安全车轮的寿命并将计算结果与实车试验结果进行对比,发现本文所提出的虚拟试验场随机载荷寿命预测方法精确度更高。(3)研究了机械弹性安全车轮在直线行驶、转弯、爬坡以及其它特殊工况下所承受的多轴应力,得出了车轮关键部件在结构设计上的薄弱点;以销轴为研究对象,率先使用有限寿命设计方法建立了普遍适用的机械弹性车轮销轴寿命理论预测模型,并较为准确的预测了销轴的寿命;耦合模态分析、热应力分析和随机载荷应力分析,对机械弹性安全车轮的零部件在多应力耦合条件下的寿命进行了更加精准的预测,计算结果证实了车轮关键零部件的薄弱问题所在同时也验证了理论分析结果。(4)建立了机械弹性安全车轮区间数学模型,并研究其径向刚度与零部件尺寸之间的关系;通过分析不同刚度下的机械弹性安全车轮寿命,揭示了其径向刚度与其寿命之间的关系;系统地研究了铰链组分布数量对机械弹性安全车轮模态、质量和寿命的影响规律,并提出了在控制车轮的共振频率、降低质量和提高寿命为目标的机械弹性安全车轮优化策略。(5)建立了适用于机械弹性安全车轮的响应面模型,并应用决定系数以及实际值和预测值之间的线性相关度进行了验证,基于本文的研究结果,提出了机械弹性安全车轮优化方案,同时利用响应面算法基本理论,对卡环、铰链组、销轴和悬毂进行优化分析;本文的优化不同于传统的基于静强度分析优化,所提出的优化方法充分考虑了动载荷、共振频率、质量以及材料的疲劳特性等诸多因素的影响,优化后的机械弹性安全车轮更满足于车辆真实运行工况。本文的成果为机械弹性安全车轮结构强度分析和耐久性预测研究提供了理论基础,并对机械弹性安全车轮的优化设计提出了合理建议。