動水壓力計算

1、1、滑水現(xiàn)象輪胎的滑水現(xiàn)象，也稱為滑水現(xiàn)象或者液面效應(yīng)，是指汽車在路表覆蓋有一層水膜的路面上行駛時，因輪胎與地面之間不能完全排除或無法排除路面水膜，從而出現(xiàn)汽車在水膜上行駛的現(xiàn)象。這時輪胎與路面的直接接觸受到妨礙，水在這里起著潤滑劑的作用，使摩擦系數(shù)減少。路面潮濕時，輪胎的接地面內(nèi)只有一部分直接與路面接觸，其余部分是通過水膜接觸路面的。水膜介入的部分越大，摩擦系數(shù)越低。只要路表覆蓋有一定量的水膜，輪胎在水膜覆蓋的路面上高速行駛時，那么由于流體的壓力就會使輪胎上浮，必定存在有某種程度的不完全滑水發(fā)生。如果進一步提高車速，最終將導(dǎo)致輪胎與地面完全失去接觸，輪胎便在路面的積水上面向前滑動。這種現(xiàn)象恰

2、如滑水運動一樣，卷入輪胎下面的水壓力與輪胎的載荷相平衡，輪胎與路面完全失去接觸。輪胎在水膜覆蓋的路面上行駛，輪胎的胎面和路面之間的接觸狀態(tài)存在三種不同形式的接觸區(qū)，分別是：擠壓膜區(qū)，覆蓋區(qū)，和牽引區(qū)，共三個區(qū)1。參見圖 1-1。這三個區(qū)域的接觸形式很復(fù)雜，包含多種的摩擦與潤滑類型。圖 1-1 輪胎與路面接觸的 3 個分區(qū)圖 1-1 中的這三個區(qū)域不是固定不變的，當外界條件發(fā)生變化，接觸部的區(qū)域劃分也會發(fā)生變化。在一定限度內(nèi)，水層越厚、車速越高，動水壓力就越大，對車輪的舉升力也就越大。圖 1-1 中的 A 區(qū)也隨之擴大，B 區(qū)逐漸向 C 區(qū)移動,C 逐漸減小。圖 1-2 是輪胎在路面上行駛時拍攝

3、的照片，隨著速度的增加，胎面與路面的接觸面積減少。當路面積水的舉升力超過輪胎的負荷力足以把汽車抬起時，輪胎與路面就完全脫離接觸了，而是與水膜接觸的面積增大了，若這種舉升力能夠繼續(xù)保持下去，則汽車可在水面上滑行。這種情況即為完全動力滑水。由于汽車的方向已失去控制，在水面上的滑行是飄忽不定的，故稱為水漂(dynamichydroplaning)。如果是在山區(qū)，車輛在這種狀態(tài)下行駛，車輛會因為不受司機控制而滑向四周，而道路邊緣又無交通保護設(shè)施，車輛就會翻向山谷而發(fā)生車禍。Daughaday2認為：完全滑水時這三個區(qū)變?yōu)橐粋€擠壓膜區(qū)，完全在干的路面上行駛時這三個區(qū)又變?yōu)橐粋€牽引區(qū)。由于輪胎和路面間沒有

4、水，就缺少了水在輪胎和路面間的潤滑，因此擠壓膜區(qū)域輪胎與路面大致上是沒有相對運動的。在緊靠擠壓膜區(qū)前面的區(qū)域里，輪胎與液體之間形成一個有限的楔角，由于楔角內(nèi)液體的動量變化，建立起液體的上推力，這一上推力按輪胎對路面的前進速度的平方增加，在整個接觸區(qū)域里，胎面單元在接觸到路面上的大多數(shù)凸體以前，一定首先在它們的過程中壓擠掉余下的水膜。覆蓋區(qū)是水膜破裂的區(qū)域。/I 輪胎前進方向水膜在潮濕態(tài)下，輪胎與路面的真正接觸只發(fā)生在牽引區(qū)，如果擠壓過程能在最短的時間內(nèi)完成，對一確定的車速，擠壓膜區(qū)就越短，如果覆蓋區(qū)長度不改變，則牽引區(qū)的長度就越長，輪胎的牽引力就會越大。他認為潤滑狀態(tài)可以分為兩大類，一類是淹沒

5、狀態(tài)，一類是潮濕狀態(tài)，但淹沒狀發(fā)生時，輪胎的胎面溝和路面的平均空穴寬度結(jié)合起來，就能在特定的路段的平均最大車速下，在輪胎和道路間的接觸區(qū)之間排走足夠的水量。在研究中他還發(fā)現(xiàn)由于路面排水不同的設(shè)計，特定路段的平均最大車速也不盡相同。隨著最大速度的提高，輪胎面與路面之間由于接觸時間在減小，因而其的最大摩擦系數(shù)卻不斷減小，并且最大速度點前后的最大摩擦系數(shù)不會連續(xù)。潮濕狀態(tài)下，路面凸體頂端的微觀粗糙度起著非常重要的作用，它能把覆蓋區(qū)的液膜刺破，使接觸面進入牽引區(qū)。Browne 對動力滑水的研究表明，滑水的主要問題是正確的入口條件的確立，但只是基于光滑表面迭行研究，沒有進一步對粗糙表面如何對動力滑水的作

6、用進行研究。水廖圖 1-2 在積水中行駛的輪胎導(dǎo)致發(fā)生滑水的根本原因有三條，一是道路表面狀況（主要針對道路表面粗糙情況），路面粗糙度對輪胎的濕牽引性能影響較大。路面越粗糙，輪胎的濕牽引性能越好。路面越光滑，輪胎的濕牽引性能越低。二是輪胎花紋的排水能力和胎面花紋對潮濕路面上胎面單元附著性能，胎面花紋4對胎面單元的濕附著性能的提高作用明顯，在相同的外部條件下，交叉花紋在本文建立的幾種花紋模型中具有最好的濕附著性能。楔角對各種花紋胎面單元的壓力分布均有較大影響，外載荷對胎面單元的附著性能影響明顯。由于胎面花紋的排水作用，花紋對其附近部位的液體壓力的拉低作用非常明顯，不同花紋胎面單元的壓力分布也有很大

7、不同?；瑒铀俣仍酱?，胎面單元的動壓效應(yīng)越強，胎面單元的附著性能也越差。但在本文選取的外載荷條件下，滑動速度對潮濕路面上胎面單元的附著性能影響較小。三是天氣狀況。對這幾方面有重大影響的因素主要是：降雨水文（包括降雨強度以及降雨歷時）、輪胎、車速、路面構(gòu)造、下滲率、路面坡度和坡面的排水長度。從道路的功能而言，防止滑水，主要從路面表面構(gòu)造、下滲率、路面坡度以及排水長度等幾個方面入手，提高行車的安全性。許多交通事故數(shù)據(jù)分析表明，潮濕的路面是引起交通事故的重要因素。這是由于汽車在潮濕的路面上行駛時，路面上存在一定厚度的水膜，輪胎與路面之間的摩擦系數(shù)明顯降低，汽車的制、驅(qū)動能力和轉(zhuǎn)向能力部分或完全喪失所致

8、。而摩擦系數(shù)是保證汽車安全行駛的基本條件，當其降低時，汽車產(chǎn)生的牽引力和路面對汽車產(chǎn)生的摩擦力就會失去平衡，導(dǎo)致汽車不能按預(yù)定方向行駛，從而產(chǎn)生事故隱患。汽車在潮濕路面上行駛時，隨著車速的提高，因路面條件（主要針對道路表面粗糙情況）和水膜厚度（會影響輪胎面和路面之間的附著系數(shù)）的不同，輪胎可以產(chǎn)生動力滑水現(xiàn)象，也可以產(chǎn)生粘性滑水兩種滑水現(xiàn)象。從這兩個滑水的定義可以看出，這兩種滑水現(xiàn)象都對汽水股水膜車的行車安全造成嚴重危害。動力滑水（完全動力滑水）是在路面有積水情況下，隨著車速的提高，在輪胎胎面與路面之間產(chǎn)生動水壓力，使輪胎與路面因此逐漸分離開來，最終使輪胎胎面完全支承于水膜之上，而不是支承于路

9、面上的現(xiàn)象。發(fā)生完全動力滑水時，一般當水膜厚度超過 1mm 液體的慣性效應(yīng)就會占據(jù)主導(dǎo)的地位。完全動力滑水導(dǎo)致輪胎面與路面之間傳遞的制動力、驅(qū)動力和轉(zhuǎn)向作用力喪失。在完全動力滑水開始之前，隨著車速的提高，流體動壓力引起輪胎面與路面之間的接觸區(qū)域逐漸減小，這一過渡狀態(tài)可以在很寬的車速范圍內(nèi)發(fā)生，稱為部分動力滑水現(xiàn)象。部分動力滑水導(dǎo)致輪胎摩擦系數(shù)減小，車輛的牽引能力和方向控制能力降低，制動距離會增長。粘性滑水是指在潮濕天氣或雨后，路面上存在很薄的一層水膜（約為 0.010.2mm）,當車輛在有積水的路面上行駛時，隨著行車速度的提高，由于彈性流體動力潤滑機理，依附在在路面上的水膜破壞了胎面單元與路面

10、之間的密切接觸，而使胎面與水膜接觸，降低了路面摩擦系數(shù)，引起輪胎相對于路面滑動的現(xiàn)象。當發(fā)生粘性滑水時，液體的粘性效應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)地位。粘性滑水導(dǎo)致輪胎的薄膜濕牽引能力降低或完全喪失?？梢钥闯觯瑹o論是動力滑水，還是粘性滑水，都會影響汽車的行駛，使汽車不能按照原先的計劃行駛，而是要受到水膜厚度的制約，水膜厚度處于不同的范圍，就會產(chǎn)生不同的滑水現(xiàn)象，對汽車行駛的影響也不同。與動力滑水相比，輪胎的粘性滑水問題更為嚴重。這是因為，首先粘性滑水更容易發(fā)生，即粘性滑水可以在很薄的水膜和較低的車速下發(fā)生，而動力滑水的發(fā)生需要建立在一定厚度的水膜的基礎(chǔ)上的，另外還還需要一定的車速才能發(fā)生。其次，路面上的薄層水膜難

11、以利用機械方式加以清除，因此就很容易發(fā)生粘性滑水，但是動力滑水的問題就相對比較容易解決，比如可以用采取排水措施把路面積水排掉，或者通過交通管制措施，可以保證此類隱患的出現(xiàn)。綜上所述，當車輛在有水膜覆蓋的路面上高速行駛時，由于輪胎擠壓水膜，使水膜受擠產(chǎn)生一定的變形，當變形過大時，就會產(chǎn)生的動水壓力使得輪胎與路面脫離接觸，使輪胎沿路面積水滑行，從而發(fā)生滑水現(xiàn)象。對于安全行車來講，這是十分危險的行為，如果輕微發(fā)生滑水，使車輛本身受到損害，如果發(fā)生嚴重滑水，必須采取各種措施來防止滑水的發(fā)生。對于輪胎而言，可以提高胎壓以及胎面花紋深度；對于路面而言7,增加表面的紋理深度，提高路表坡度，減小路表水膜厚度，

12、這些措施都可以降低發(fā)生滑水的機率。還可以利用科技力量實施監(jiān)控8,加強路面巡邏管控力度。我們要充分利用好現(xiàn)有超速監(jiān)控設(shè)施，依托各種科技裝備，一方面加大測速強度，延長測速時間，最大限度的監(jiān)控和抓拍超速違法車輛。另一方面采用流動設(shè)施和固定設(shè)施相互結(jié)合的辦法，盡量擴大監(jiān)控范圍。在添置監(jiān)控設(shè)施時要注意具體參數(shù)，一定要選擇具有全天候監(jiān)控、高速抓拍、遠程控制等功能的高像素設(shè)施，避免“拍不到”和“拍到不能用”等問題發(fā)生。 路面的執(zhí)勤巡邏民警在巡邏過程中要加強對超速違法行為的監(jiān)管，可以利用流動監(jiān)控設(shè)施予以記錄，或者通過喊話方式責(zé)令糾正，或者跟隨進入收費站、服務(wù)區(qū)指出違法行為并予以糾正。必要時，各大隊可以集中行動

13、，采用主線測速，服務(wù)區(qū)糾正并處罰的方式嚴厲打擊超速駕駛違法行為，并通過各種媒體宣傳，擴大影響范圍，起到警示作用。在三種滑水中，動力滑水最為常見，也最為主要，有必要對此進行分析研究。2、對形成滑水現(xiàn)象的動水壓力的分析滑水問題可以看作輪胎與路面接觸區(qū)域之間水膜被輪胎擠壓到一定程度，產(chǎn)生動水壓力，當動水壓力達到一定的程度，從而使路面積水沿著一定的方向被排出?？梢园哑囁俣瓤醋骷虞d后的速度，如果速度越快，則加載速度越快。把水膜的一部分厚度看作需要排出的水的數(shù)量的依據(jù)9。當輪胎與路面接觸區(qū)域之間的積水能夠在加載時間內(nèi)排出，不會影響到車輛的正常行駛，則被認為不發(fā)生滑水，反之則發(fā)生滑水。一方面，只要路表覆蓋

14、有一定量的積水時，車輛在水膜覆蓋的路面上以很高的速度行駛時，由于路面積水和輪胎接觸的時間過短，它們之間引起的動水壓力還達不到一定程度，從而使輪胎與路面間實際接觸區(qū)域內(nèi)的水就可（a）局度 1mm圖 5-2 速度 5m/s、楔角 0.4仃=0.3mm、不同高度、不同時刻壓力曲線能沒有被完全排出，那么由于動水壓力的存在，就會使輪胎上浮，在一定程度上，必定使輪胎與路面之間不能夠充分的接觸，從而降低了輪胎在路面上的附著能力。另一方面，路表面的水不能被排除走，殘余的路面積水就會沿著一定的“通道”滲透到路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，使路面瀝青混合了料內(nèi)的空隙， 被水占據(jù)著， 由于瀝青材料與周圍集料的粘結(jié)能力需要一定的瀝青稠

15、度做保證，而水稀釋了瀝青的稠度，從而降低了這種粘結(jié)，從而使粘附在集料表面的瀝青顆粒發(fā)生剝落，形成了水損壞現(xiàn)象，它是是瀝青路面早期損壞的關(guān)鍵因素，反復(fù)的動水壓力是造成這一現(xiàn)象的主要原因之一網(wǎng)。3、影響因素從對產(chǎn)生動水壓力的原因及對動水壓力的公式推導(dǎo)，可以看出，一是道路表面狀況（主要針對道路表面粗糙情況）；二是輪胎花紋（花紋的種類及樣式）；三是行車速度；四是楔角的大小都會對動水壓力的大小產(chǎn)生重要影響，五是初始高度；六是持續(xù)時間。因此這六類要素可以認為是動水壓力的影響因素，從對于大多數(shù)高速公路路面產(chǎn)生的滑水現(xiàn)象的分析可知，這六個影響因素會交互作用，從而產(chǎn)生動水壓力，針對這種情況，下面根據(jù)文獻10分十

16、二種情況（假設(shè)粗糙度仃=0.3mm 為默認情況）：3-1、在一定粗糙度時，不同高度對液體壓力的作用規(guī)律圖 5-1 是楔角 0.4。、不同初始高度時液體壓力分布曲線的比較。從圖中可以看出不同初始高度時，對液體壓力的影響分布基本一致，只是與其它初始高度相比，當初始高度很小時，在剛開始的液體壓力一樣，但隨著時間的增加，初始高度很小液體壓力會比其他稍大的初始高度所對應(yīng)的液體壓力明顯增大，在 0.8 秒之后到結(jié)束趨于一致。圖 5-10=0.3mm不同局度壓力曲線（此圖取自文獻）3-2、在一定粗糙度、楔角及車速時，不同高度及不同時刻對液體壓力的作用規(guī)律圖 5-2 表示出的是楔角 0.4時，不同的初始高度下

17、不同時刻液體承載曲線圖?？梢钥闯鲭S初始高度的減小，液體壓力不但大小不變，分布也基本相同。不同初始高度對液體承載影響不大，只有當初始高度減小到一定數(shù)值時，液體壓力開始減小，這說明表面形貌承載在增大。(b)局度 0.5mm(c)局度 0.1mm(此圖取自文獻)3-3、在一定粗糙度時，不同速度對液體壓力的作用規(guī)律圖 5-3 是楔角 0.40、不同車速時液體壓力分布曲線的比較，滑動速度越低，低端壓力變低，但壓差增大，高端壓力變低，滑動速度越高，與滑動速度較低處相比，低端壓力基本無變化，但高端壓力明顯變大。圖 5-3 仃=0.3mm、不同速度的壓力曲線(此圖取自文獻)3-4、在一定楔角時，不同速度及不同

18、時刻對液體壓力的作用規(guī)律圖 5-4 是液體壓力曲線圖，隨著時間的增加，液體承載的最高點壓力逐漸減小，并漸漸向低端的方向移動，滑動速度越低，移動傾向越明顯，滑動速度越高，移動傾向不如滑動速度越低的明顯，產(chǎn)生的原因是滑動速度低，有一部分液體壓力被形貌為微凸體所承載，所以會變化明顯。(a)速度為 0(b)速度 10m/s(c)速度 20m/s圖 5-4 楔角 0.40、不同速度、不同時刻壓力曲線(此圖取自文獻)3-5、在一定粗糙度及車速時，不同楔角及不同時刻對液體壓力的作用規(guī)律圖 5-5 表示出的是滑動速度 5m/s 時，不同楔角時不同時刻液體承載曲線圖。可以看出隨時間的增加，液體壓力無論在低端還是

19、在高端都有減小現(xiàn)象，最大壓力也在減小，壓力分布也變化較小。但楔角為 2.8楔角時，液體承載在低端隨時間的增大有增大的趨勢，到達最高端后，然后液體壓力有減小現(xiàn)象，并且隨時間變化并不明顯。楔角為 5.70時，液體壓力先急劇增大，到一定值時，液體壓力開始急劇減小，直到 0.00I8 秒，畫中顯示的液體壓力開始緩慢減小。不同的楔角對液體壓力影響都是存在有臨界點的，當楔角小于 0.40液體壓力分布變化不大，然而當楔角大于 0.40時，液體壓力分布變化卻很大。Odi48廿20 x10O.001秒O.01秒0001秒x/b（c）楔角 2.8（d）楔角 5.7圖 5-5 速度 5m/s,。=0.3mm、不同楔

20、角、不同時刻液體壓力曲線（此圖取自文獻）3-6、在一定粗糙度及車速時，不同楔角對液體壓力的作用規(guī)律圖 5-6 為不同楔角液體壓力分布圖比較?？梢钥闯鲭S楔角的增加，最高壓力點的位置雖然基本不變，當楔角的增加達到一定數(shù)值時，液體承載的最高點壓力卻逐漸增加，壓力在低端有奇變現(xiàn)象，楔角越大，說明會有更多的積水在動水壓力作用下，從輪胎下被排水，這對于減小滑水的發(fā)生，增加輪胎的濕牽引性能有巨大的積極作用。24x1031.6x1OaS0X1040.0O.5x/b圖 5-6 速度 5m/s,仃=0.3mm 時，不同楔角壓力曲線（此圖取自文獻）3-7、在一定楔角及車速時，不同粗糙度對液體壓力的作用規(guī)律圖 5-7

21、 為面積相同、粗糙度不同時，液體壓力分布圖的比較。粗糙度越增大，液體壓力越小。因為粗糙度大時，一部分路面積水會進入粗糙路面的凹槽內(nèi)，不會與車輪面接觸，因此和車速無關(guān)，當凹槽的面積越大，即意味著路面的粗糙度大，剩余在路表面的參與發(fā)生動水壓力的水分較少，那么動水壓力會越小。圖 5-7 楔角 0.4、速度 5m/s,不同粗糙度壓力曲線(a)楔角 0.060(b)楔角 0.1712x10-6.0 x10*0.001秒0,01秒0.02秒0.03秒2.0 x10-1.0X1戰(zhàn),O,Oe呈/Kte/Kte及裂x/b（此圖取自文獻）3-8、在一定楔角及車速時，不同粗糙度及不同時刻對液體壓力的作用規(guī)律圖 5-

22、8 表示出的是在滑動速度 5m/s 時， 楔角 0.40,三種不同的粗糙度時不同時刻液體壓力曲線圖?？梢钥闯鲭S時間的增加，液體承載力在低端后半部分有增大、高端有減小現(xiàn)象，最大壓力在粗糙度較小時稍稍變大，在粗糙度較大時變小。因為路面粗糙度小時，路表面受到輪胎作用的積水面積很大，相應(yīng)的產(chǎn)生的動水壓力會比較大，反之亦然。表面越粗糙，輪胎與路面峰頂接觸越快，輪胎對路面積水的作用時間很短暫，路面積水對輪胎產(chǎn)生的動水壓力很有限，故液體承載力越小。(a)仃=0(b)cr=0.1mm(c)c=0.5mm圖 5-8 楔角 0.4速度 5m/s、不同仃、不同時刻壓力曲線(此圖取自文獻)3-9、在一定楔角、車速及粗

23、糙度時，不同紋理方向及不同時刻對液體壓力的作用規(guī)律圖 5-9 為楔角 0.40、粗糙度相同、不同紋理方向在不同時刻液體承載曲線圖。隨時間的增加，液體承載力在低端在前半部分有增大、高端有減小現(xiàn)象，沒有紋理的各向同性表面濕牽引性能次之，橫向紋理二端均減小。輪胎表面無紋理，說明輪胎表面很光滑，對路表面的積水的吸附能力將會降低，隨著時間的增加，液體薄膜對輪胎表面產(chǎn)生的動水壓力會逐漸減小。(a)/=1/9(b)，=9圖 5-9 楔角 0.4、速度 5m/s,仃=0.3、不同尸、不同時刻壓力曲線(此圖取自文獻)3-10、在一定楔角、車速及粗糙度時，不同紋理方向?qū)σ后w壓力的作用規(guī)律圖 5-10 為不同紋理液

24、體壓力分布的比較。橫向紋理壓力在低端有奇變現(xiàn)象。但實際上，路面紋理一般為橫向，這主要是有利于減少雨天路面的排水距離，還可以降低路面的積水厚度，從而減少車輛通過時產(chǎn)生的水霧，為駕駛?cè)藛T創(chuàng)造一個良好的視野環(huán)境，保證車輛能夠有序通過有積水的路面；另一方面，考慮輪胎接地面積的形狀，橫向壓差較大，對路表面的積水的吸附能力將會增加，隨著時間的增加，液體薄膜對輪胎表面產(chǎn)生的動水壓力會逐漸增加。吊金、。4殳40 x1Q2.0 x10圖 5-10 楔角 0.4、速度 5m/s、仃=0.3mm 時不同紋理壓力曲線（此圖取自文獻）3-11、在一定楔角、車速及粗糙度時，不同面積對液體壓力的作用規(guī)律圖 5-11 為速度

25、 5m/s、楔角 0.40、不同面積時液體壓力的比較。為了便于將不同面積的胎面壓力進行比較，圖 5-10 是平行于運動方向沿胎面中線按照縱向相對長度進行比較的。不同面積液體承載曲線變化隨面積的增加而相對的增大。當輪胎與路面積水的接觸面積大時，就意味著要把這些積水排掉，需要更大的能量做保證，即需要更大的液體壓力。圖 5-10 楔角 0.40、速度 5m/s,a=0.3mm 時不同面積壓力曲線（此圖取自文獻）3-12、在一定楔角、車速及粗糙度時，不同面積及不同時刻對液體壓力的作用規(guī)律圖 5-12 表示出的是速度 5m/s、楔角 0.40時，不同面積時液體承載曲線不同時刻變化圖。隨時間的增加，液體承

26、載力在低端有增大、高端有減小現(xiàn)象，最大壓力逐漸減小，點的位置漸漸向低端移動。當輪胎與路面積水的接觸面積大時，就意味著要把這些積水排掉，需要更大的能量做保證，即需要更大的液體壓力，但隨著時間的增加，因排掉的水量在逐漸減小，因此不再需要原有的動水壓力, 因此，液體壓力隨時間的增加在減小。6.0 x1D3.0 x10 x/b數(shù)值法建立滑水速度計算模型。在理論方面國內(nèi)外的主要研究主要是針對影響動水壓力的因素，如路面粗糙度、車速、車重和水膜厚度以及輪胎花紋形式等，運用水力學(xué)和有限元的方法分析動水壓力和其影響因素之間的關(guān)系，進而求出各個因素對滑水速度的影響規(guī)律。欒錫富4應(yīng)用伯努利定理，得出動水壓力的公式，

27、并求出處于臨界滑水時的公式，據(jù)此以 ADAMS軟件為平臺，創(chuàng)建了滑水現(xiàn)象的動態(tài)仿真模型，通過仿真實驗，得到了大量的動態(tài)參數(shù)，實現(xiàn)了用計算機仿真實驗代替具有破壞性物理實驗的方法.同濟大學(xué)的李少波等人應(yīng)用伯努利定理計算得到了理想狀態(tài)發(fā)生滑水的臨界滑水速度計算式。J.R.Cho6根據(jù)一般耦合有限體積法和顯式有限元方法提出了穩(wěn)定和可靠的數(shù)值過程，模擬和研究輪胎滑水現(xiàn)象。通過三維圖案模型可以準確的描述雨水流流經(jīng)輪胎的過程，使用正交異性殼元素和懲罰 Moonley-Rivlin 模型有效的模擬復(fù)雜輪胎材料組成，并在隨后的數(shù)值模擬實驗中得出了滑水速度和動水壓力成正比例關(guān)系。當輪胎與路面接觸區(qū)域之間的積水能夠

28、在加載時間內(nèi)排出，不會影響到車輛的正常行駛，則被認為不發(fā)生滑水，反之則有發(fā)生滑水的可能性。車輛發(fā)生滑水時，車輪與路面之間形成的楔角是形成車輛滑水的重要條件，而楔角是描述楔段的重要參數(shù)，楔角在04時對于車輛發(fā)生滑水現(xiàn)象影響顯著7,故本文分析楔角較?。ㄐ∮?0.4）和楔角較大（大于或等于 0.4）兩種情況下車輛的滑水速度。4.1楔角不同時滑水速度計算4.1.1楔角較小時滑水速度計算當路表積水進入車輪與路面間的空隙時， 由于水膜對車輪的向上的動水壓力使車輪與路面形成一定的楔角，在楔角較小時，對此時車輪進行受力分析，如圖 2 所示，車輪在前進過程中受到前方水膜對其向上的托力W及阻力W,還受到地面對它的

29、支撐力N及附著力f以及自重G假設(shè)路面積水在車輪作用下，即保持著液體保持著理想狀態(tài)，路面積水不可壓縮，路面對液體的水平剪切力和車輪與路面間的附著力f忽略不計，車輪受力圖如下：60 xlOJ!0.001 秒0.。由0.02 秒0.Q3 秒2(a)面積 1800mm圖 5-12 楔角 0.4、速度 5m/s,_一一2（b）面積 200mm仃=0.3mm、不同面積、不同時刻壓力曲線（此圖取自文獻）4、動水壓力的公式推導(dǎo)目前國內(nèi)外關(guān)于滑水速度的計算分為 2 大類：1 是通過水力學(xué)理論計算滑水速度。2 是通過圖 1 車輪的受力示意圖車輛在有積水的路面行駛時，車輪必定會對路面積水產(chǎn)生撓動，從而引起水膜發(fā)生流

30、動,其實質(zhì)是水膜內(nèi)流束發(fā)生流動。由于流束受到輪胎的阻礙使得流速在于輪胎表面接觸點變?yōu)榱悖它c即為停滯點，這一過程的發(fā)生在輪胎的接地長度范圍內(nèi)，并且流束能量隨著流速變化而轉(zhuǎn)化（從動能演化為壓能），在當流速到達停滯點時，其能量由原先的動能完全轉(zhuǎn)化為壓能，也就是動水壓力達到最大值。路面流束在界面上的流線如下圖（圖 2）所示8:圖 2 路面流束的流線示意圖Fig.2surfacejetflowlinediagram假設(shè)流束在接地范圍內(nèi)的變化符合線性變化規(guī)律，即:式中：vo為汽車速度，km/h；l為輪胎接地長度,根據(jù)力的作用是相互的，輪胎對水膜的作用力W,因此楔角較小時，沿水平方向的動量定理有（假設(shè)路面

31、對車輪的阻力不計）iFxt=WHt=W：tdx=mw（V0-Vx）（2）0式中：nw為水膜的質(zhì)量，kg。將式（1）代入式（2）,并經(jīng)過變換得1：hwv；x2WH,2dx-01式中：P 為水膜的密度，1000kg/N;w為車輪的寬度，m；h 為水膜的厚度，m 路面與輪胎的接地面積為：cGS=p式中：G 為車輪重力，N;P 為車輪內(nèi)壓，KR。輪胎與地的接地長度：S1=一（6）w將式（5）代入式（6）可得：Pw再將式（7）代入式（4）,可得:Wv=WHcota(9)式中：a 一楔角。cotu=L(10)hW=.,W；W2(11)將式（8）式（11）變換得:Vx=V0-v0-xx三b,l1(1)muFX等于路表面水膜對輪胎的水平作用力WHIphw02x2:hwv213(4)WH=：Ghv；3P(8):Gv：.h2l2(12)3P當水膜對車輪向上的作用力等于車輪自重（W=G）時，車輛剛好處于臨界滑水狀態(tài)，此時車速 VK為滑水速度，令 W=G,結(jié)合式（9）得:V”再（13）式中：VK-臨界滑水速度，km/