机械弹性车轮是一种新型的非充气安全车轮,它利用弹性结构代替普通轮胎的充气弹性。在实现普通轮胎基本性能的同时,使车轮不出现扎破、爆胎等安全隐患。车轮的振动特性将直接影响整车的平顺性、舒适性和噪声。利用有限元的方法研究轮胎的模态特性,将是轮胎设计师的一个非常重要的工具,它将有助于轮胎材料的选择,可以更加高效的优化轮胎尺寸并且更好的与车辆匹配。另外,模态特性对轮胎的影响也将是汽车工程师们优化悬架系统和车轮以及降低噪声的第一步。本文针对课题组研究的机械弹性车轮,采用有限元方法结合LMS试验设备对车轮的静态模态及其影响因素进行研究,在此基础上,利用模态分析的方法对车轮的损伤进行识别,为车轮结构的健康状态检测提供一定的支持,同时计算了滚动状态下机械弹性车轮的共振频率,了解转速对车轮共振频率的影响规律,从而得到滚动状态下机械弹性车轮的模态特性。为优化车轮的结构与匹配整车提供了重要参考依据。主要研究内容如下:(1)系统的介绍了机械弹性车轮的基本结构和工作原理,对车轮的承载方式和承载变形进行分析。叙述了车轮有限元模型的建立过程。最后利用静态加载试验来验证有限元模型的精度,为后面的仿真分析奠定基础。(2)利用所建立的有限元模型对车轮进行静态模态分析,获得车轮的固有频率及振型。并且研究了机械弹性车轮的材料参数(弹性模量、密度)对车轮模态的影响,机械弹性车轮的结构参数(0轮结构、布置铰链组的方式、铰链组长度)对车轮模态的影响,最后利用正交试验法进行模态仿真,确定对车轮的一阶固有频率影响水平,为机械弹性车轮振动特性的结构优化设计提供一定的参考。(3)介绍了试验模态分析的基本理论知识即实模态理论、模态试验仪器和设备和机械弹性车轮模态试验过程。通过有效地组织试验,研究了支承方式、载荷、不同激振力幅对轮胎模态参数的影响规律,获得不同试验条件下车轮的模态参数。通过模态频率和振型相关性分析,来进一步对模型的精度和试验的有效性进行验证。(4)介绍了关于损伤的基本理论,通过机械弹性车轮疲劳仿真试验和装车试验来确定车轮危险区域的位置。利用频率变化、振型变化、模态应变能方法来进行车轮的损伤识别。结果表明:利用模态分析的方法可以识别出机械弹性车轮结构的损伤,为机械弹性车轮的健康状态检测提供了一定的指导。(5)将稳态滚动下的机械弹性车轮作为研究对象,考虑了由于滚动引起的惯性力效应,得出转速对于车轮共振频率的影响规律和机理。加之在某设定工况下,由于车轮的结构和材料没有发生变化,所以载荷、结构和材料参数等关键因素,对静止状态下机械弹性车轮模态特性的影响规律同样适用于滚动车轮。