一种子午线轮胎静态径向刚度快速预测方法技术

本发明专利技术提供了一种子午线轮胎静态径向刚度快速预测方法，通过建立数学模型和有限元仿真的方法能有效的解决这一问题，通过仿真计算获得少量数据点，利用数据点对模型进行拟合，即可获得模型参数，进而获得轮胎静态径向刚度。

A fast prediction method of static radial stiffness of radial tire

【技术实现步骤摘要】
一种子午线轮胎静态径向刚度快速预测方法
本专利技术属于轮胎工业
，涉及一种子午线轮胎静态径向刚度快速预测方法。
技术介绍
子午线轮胎径向刚度是轮胎性能的关键指标之一，对轮胎的耐久性能、承载性能和舒适性能等均有很大影响。由于轮胎结构十分复杂(包括钢丝或尼龙材料构成的胎体，若干层具有不同角度和不同性能钢丝构成的橡胶-钢丝复合材料带束层，由高强度钢丝紧密排列而制成的各种形状钢丝圈，胎面、胎侧、三角胶等多个形状不规则橡胶部件)，这导致很难从理论预测轮胎的径向刚度，一般采用试验方法获得。对轮胎径向刚度的传统测试方法为测量两个不同载荷下轮胎的下沉量，以此两对数据点计算斜率，而实际轮胎的载荷-位移曲线呈现明显的非线性，即轮胎径向刚度随下沉量而变化，仅使用两组数据计算斜率的刚度计算方法会导致计算结果不准确，并且实验方法存在费时、费力和增加成本的缺点。通过建立数学模型和有限元仿真的方法能有效的解决这一问题，通过仿真计算获得少量数据点，利用数据点对模型进行拟合，即可获得模型参数，进而获得轮胎静态径向刚度。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，即对轮胎径向刚度的传统测试方法为测量两个不同载荷下轮胎的下沉量，以此两对数据点计算斜率，而实际轮胎的载荷-位移曲线呈现明显的非线性，即轮胎径向刚度随载荷而变化，仅使用两组数据计算斜率的刚度计算方法会导致计算结果不准确，并且实验方法存在费时、费力和增加成本的缺点。进而提供一种子午线轮胎静态径向刚度快速预测方法，通过建立数学模型和有限元仿真结合的方法能有效的解决这一问题，可快速、准确获得轮胎的载荷-位移曲线和静态径向刚度。材料分布图的定义为：包括轮胎的外轮廓形状，内轮廓形状，内部橡胶部件形状，带束层形状等包含轮胎断面几何信息的CAD图形文件。一种子午线轮胎静态径向刚度快速预测方法，其步骤为：第一步：对轮胎的材料分布图进行网格划分和分配材料：根据轮胎尺寸参数对材料分布图进行定位，使其最高点与轮胎外半径相同，对材料分布图进行网格划分，划分为四边形单元或三角形单元，其中带束层、胎体和其他增强材料部件(钢丝包布和尼龙包布)为四边形单元，且使用骨架材料单元来表示增强材料的增强作用。根据轮胎实际材料测试情况为每个橡胶材料单元和胎体增强材料分配材料属性。所有单元必须设置为轴对称属性，这样可以利用二维模型模拟三维充气情况。将实际轮辋曲线导入并设置为刚体，加入仿真模型中；第二步：收缩钢丝圈：由于一般轮胎的胎圈设计宽度比轮辋宽度要大，因此先将胎圈收缩到轮辋内侧。通过给轮胎左侧钢丝圈施加向上和向右位移，给右侧钢丝圈施加向上和向左位移，达到收缩胎圈的目的。第三步：设置轮胎模型的边界条件：设置胎圈部位与轮辋的接触属性，主要包括法向接触属性和摩擦系数，设置内衬层内表面为施加充气载荷作用面；第四部：给轮胎内部充以实际气压，方向垂直于内衬层内表面单元，此时轮胎会膨胀，胎圈与轮辋接触，胎面变形，膨胀到平衡形状；第五步：对轮胎进行三维负载分析。将第四步充气后的二维仿真模型扫略360度形成三维轮胎仿真模型，建立二维平直刚体模型作为路面(在x-y平面)，路面模型的长度为轮胎直径的1/3，宽度较轮胎行驶面宽度宽10mm，并设置轮胎胎面表面与路面的接触属性。将路面模型放于轮胎模型正下方，与轮胎表面距离为1mm，使轮胎中心线与路面中心线对齐，将轮胎轮辋固定，只保留路面的z向自由度，给路面施加实际承载的载荷，方向朝向轮胎一侧，使路面与轮胎接触，轮胎产生变形；第六步：数据处理。提取分析过程中的三组数据点(不同载荷和与之对应的下沉量)；将三组数据点带入到如下轮胎载荷与下沉量关系模型中，其中F为轮胎载荷，x为轮胎下沉量，a、b、c为模型参数。通过提取的三组数据即可计算获得模型参数a、b和c的数值，即获得模型参数，对公式(1)求导，即可获得轮胎刚度随下沉量的关系：K＝ax2+bx+c(2)其中K为轮胎刚度。通过以上步骤，可准确快速计算轮胎的静态径向刚度附图说明图1轮胎材料分布图及定位位置；图2轮胎材料分布图网格及各部件名称；图3轮胎钢丝圈收缩示意图；图4轮胎胎圈与轮胎接触部位示意图；图5轮胎内衬层内表面示意图；图6轮胎充气平衡结构示意图；图7三维轮胎构型示意图；图8三维轮胎与轮辋组装体示意图；图9轮胎承受载荷变形示意图。图10轮胎载荷与下沉量曲线本专利计算结果与实验测试结果对比图；图11轮胎静态径向刚度与下沉量曲线本专利计算结果与实验测试结果对比图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术做进一步的详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本专利技术的保护范围不限于下述实施例。以315/60R22.5轮胎作为本实施例，根据本专利技术的实施步骤：第一步，对轮胎的材料分布图进行网格划分和分配材料。轮胎的半径为473mm，因此将轮胎材料分布图整体移动，使其最高点定位于坐标为(0，473)的位置，轮胎的材料分布图及定位位置如图1所示。对轮胎材料分布图进行网格划分和赋予材料属性，在胎体橡胶、带束层胶和钢包橡胶中设置骨架增强，轮胎网格图和各个部件名称如图2所示，各个部件的材料属性数值如表1所示。本实施例采用abaqus通用有限元计算程序进行计算，所有橡胶材料单元采用类型为CGAX4H的轴对称单元，所有骨架材料单元采用类型为sfmgax1的轴对称单元。实际轮辋曲线如图2所示。表1轮胎各部件材料属性第二步，收缩钢丝圈。给轮胎左侧钢丝圈施加向上3mm和向右3mm位移，给右侧钢丝圈施加向上3mm和向左3mm位移，收缩结果如图3所示。第三步，胎圈与轮辋接触部位如图4所示，设置胎圈部位与轮辋的接触属性为法向硬接触，摩擦系数为0.7，设置内衬层内表面为施加充气载荷作用面，内衬层表面单元如图5所示；第四部：给轮胎内部充以实际气压0.9MPa，方向垂直于内衬层内表面单元，此时轮胎会膨胀，胎圈与轮辋接触，胎面变形，膨胀到平衡形状，如图6所示；第五步：对轮胎进行三维负载分析。将第四步充气后的二维仿真模型扫略360度形成三维轮胎仿真模型，如图7所示。建立二维平直刚体模型作为路面(在x-y平面)，路面模型的长度为315.33mm，宽度为262mm(行驶面宽度为252mm)。并设置轮胎胎面表面与路面的接触属性为法向硬接触，摩擦系数为0.8。将路面模型放于轮胎模型正下方，与轮胎表面距离为1mm，使轮胎中心线与路面中心线对齐，如图8所示。将轮胎轮辋固定，只保留路面的z向自由度，给路面施加实际承载的载荷3.75吨(37500牛顿)，方向朝向轮胎一侧，使路面与轮胎接触，轮胎产生变形，如图9所示；第六步：数据处理。提取分析过程中的三组数据点(不同载荷和与之对应的下沉量)，分别为(10000,12)，(20000,21)和(3000,29)，将三组数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种子午线轮胎静态径向刚度快速预测方法，其步骤为：/n第一步：对轮胎的材料分布图进行网格划分和分配材料：根据轮胎尺寸参数对材料分布图进行定位，使其最高点与轮胎外半径相同，对材料分布图进行网格划分和赋予材料属性；/n第二步：收缩钢丝圈：通过给轮胎左侧钢丝圈施加向上和向右位移，给右侧钢丝圈施加向上和向左位移，达到收缩胎圈的目的；/n第三步：设置轮胎模型的边界条件：设置胎圈部位与轮辋的接触属性，设置内衬层内表面为施加充气载荷作用面；/n第四部：给轮胎内部充以实际气压，方向垂直于内衬层内表面单元，此时轮胎会膨胀，胎圈与轮辋接触，胎面变形，膨胀到平衡形状；/n第五步：对轮胎进行三维负载分析：将第四步充气后的二维仿真模型扫略360度形成三维轮胎仿真模型，建立二维平直刚体模型作为路面(在x-y平面)，将路面模型放于轮胎模型正下方，与轮胎表面距离为1mm，使轮胎中心线与路面中心线对齐，将轮胎轮辋固定，只保留路面的z向自由度，给路面施加实际承载的载荷，方向朝向轮胎一侧，使路面与轮胎接触，轮胎产生变形；/n第六步：数据处理，得到轮胎的静态径向刚度。/n

【技术特征摘要】
1.一种子午线轮胎静态径向刚度快速预测方法，其步骤为：
第一步：对轮胎的材料分布图进行网格划分和分配材料：根据轮胎尺寸参数对材料分布图进行定位，使其最高点与轮胎外半径相同，对材料分布图进行网格划分和赋予材料属性；
第二步：收缩钢丝圈：通过给轮胎左侧钢丝圈施加向上和向右位移，给右侧钢丝圈施加向上和向左位移，达到收缩胎圈的目的；
第三步：设置轮胎模型的边界条件：设置胎圈部位与轮辋的接触属性，设置内衬层内表面为施加充气载荷作用面；
第四部：给轮胎内部充以实际气压，方向垂直于内衬层内表面单元，此时轮胎会膨胀，胎圈与轮辋接触，胎面变形，膨胀到平衡形状；
第五步：对轮胎进行三维负载分析：将第四步充气后的二维仿真模型扫略360度形成三维轮胎仿真模型，建立二维平直刚体模型作为路面(在x-y平面)，将路面模型放于轮胎模型正下方，与轮胎表面距离为1mm，使轮胎中心线与路面中心线对齐，将轮胎轮辋固定，只保留路面的z向自由度，给路面施加实际承载的载荷，方向朝向轮胎一侧，使路面与轮胎接触，轮胎产生变形；
第六步：数据处理，得到轮胎的静态径向刚度。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网格划分划分为四边形单元或三角形单元。


3.根据权利要求2所述的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔志博，王友善，吴健，粟本龙，朱斌，高磊，苏召乾，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23