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轮胎决定着轮胎与地面之间的载荷传递特性，并对车辆的乘坐舒适性、操纵性和安全性有重要影响。轮胎的胎面结构设计影响着轮胎的温度、滚阻、抓地、噪声、抗滑水和耐磨性等诸多性能。轮胎在正常使用过程中，伴随着温度的升高，胎冠温度的升高对轮胎的疲劳寿命产生直接影响;胎冠结构设计也关系到轮胎的抓地性能和耐磨性能。相关的法律法规已对轮胎的以上性能提出了较为严格的要求，传统胎冠结构设计方法只能顾此失彼，无法做到多性能的协同提升，而借鉴大自然的智慧可以达到同时实现轮胎多种性能相容和同步优化的目的。本文在前人研究的基础上，对具有仿生胎面弧结构的胎冠形状进行优化设计，以期最大化的达到协同提升轮胎多性能的目的，为具有仿生胎冠结构的轮胎的优化设计提供设计思路和理论依据。为此，本文研究了以下几个关键问题: 1、利用有限元软件ABAQUS建立了载重子午线轮胎(385/65R22.5)的三维有限元模型。利用轮胎静态加载试验以及接地压力分布测试试验验证模型的可靠性。在模型可靠性的基础上对轮胎模型进行温度场、制动拖滑的有限元分析。针对轮胎的胎冠温度性能、抓地性能和耐磨性能分别提出了各自的评价指标。 2、在前人研究的基础上，对仿蝗虫胎面弧结构进行优化设计。由于研究对象是新型仿生宽基子午线轮胎，在选取设计变量的因素与水平时，不能直接选用经验参数进行设计，必须在进行正交试验之前，经过大量的仿真试算，得出合理的水平取值范围。 3、以提高轮胎的胎冠温度性能、抓地性能和耐磨性能为优化目标，结合有限元分析、正交试验设计、神经网络和遗传进化算法等建模和优化技术，建立轮胎结构优化方法。并对轮胎胎面弧设计参数进行优化，轮胎上述各性能均得到显著改善。 4、从强化散热的机理出发设计了花纹沟槽内仿生非光滑结构，对比分析了光滑平面、凸包结构和凹坑结构对空气流动和壁面散热的影响，结果表明仿生非光滑结构可一定程度上强化流体扰动，增加壁面附近的湍流度，有利于增强壁面对流换热。对比了不同尺寸、布置形式非光滑结构对换热系数的影响，对比分析了它们的强化换热效果。