一种轮胎橡胶疲劳性能的简易评判方法、应用和计算机软件产品技术

本发明专利技术涉及轮胎仿真设计技术领域，尤其涉及一种轮胎橡胶疲劳性能的简易评判方法、应用和计算机软件产品。本发明专利技术的方法能够在简单轮胎数值模拟的基础上，处理计算结果，利用累积最大形状比能指标评价轮胎的疲劳性能，可准确预测疲劳破坏位置并用于评判轮胎的疲劳性能，为轮胎设计提供依据。通过上述计算过程即可获得轮胎最易疲劳破坏位置，通过多方案对比该值即可实现方案的优选，为轮胎设计和方案评估提供指导。供指导。供指导。

【技术实现步骤摘要】
一种轮胎橡胶疲劳性能的简易评判方法、应用和计算机软件产品


[0001]本专利技术涉及轮胎仿真设计
，尤其涉及一种轮胎橡胶疲劳性能的简易评判方法、应用和计算机软件产品。

技术介绍

[0002]轮胎由橡胶、钢丝和尼龙等材料有机组合而成，橡胶是轮胎中最薄弱的材料。在车辆行驶过程中轮胎经历往复变形，橡胶材料产生周期性应力应变，车辆长时间行驶后轮胎中橡胶材料会发生疲劳裂口，导致轮胎破坏。轮胎过早破坏会造成资源浪费和增加车主负担，因此，必须尽可能的避免轮胎过早发生疲劳破坏，这就需要在结构设计时或方案改进时进行多方案对比，优选出性能优异的轮胎。
[0003]目前评价轮胎疲劳性能的方法主要有实验方法和数值模拟方法，实验方法存在周期长、成本高等缺点，因此一般采用数值模拟方法评价轮胎的性能。虽然橡胶材料疲劳的专用数值模拟方法已日趋成熟，例如Endurica软件，但需要针对所分析的橡胶材料进行大量的非常规测试，不仅技术难度大，而且对不同轮胎开展分析时必须重新测量橡胶材料参数，费时费力。如何从简单的轮胎数值模拟结果中获得橡胶材料的疲劳性能信息是轮胎数值模拟技术的追求。简单的轮胎数值模拟方法一般是基于有限单元法，根据固体力学基本理论，利用计算机计算轮胎数值模型，可快速获得轮胎在不同工况下变形的应力应变等受力状态，但计算结果中包含数十种变量，例如6个方向的应力，6个方向的应变，能量，能量密度等，何种变量能够准确表征轮胎橡胶材料的疲劳性能的是困扰轮胎结构分析工程师的难题。
[0004]橡胶材料在不同受力状态下的疲劳性能不同，一般受拉伸和压缩时的疲劳寿命较长，在剪切条件下疲劳寿命较短，但剪切应变的指标也存在多种，专利技术人经过长期研究发现单一的剪切应变指标并不能准确的表征轮胎破坏的位置和疲劳性能。

技术实现思路

[0005]为了解决上述的技术问题，本专利技术的目的是提出一种轮胎橡胶疲劳性能的简易评判方法，在简单轮胎数值模拟的基础上，处理计算结果，利用累积最大形状比能指标评价轮胎的疲劳性能，可准确预测疲劳破坏位置并用于评判轮胎的疲劳性能。
[0006]为了实现上述的目的，本专利技术采用了以下的技术方案：一种轮胎橡胶疲劳性能的简易评判方法，该方法包括以下的步骤：第一步，建立轮胎有限元模型，进行负载分析：1.1）对轮胎的材料分布图进行网格划分，赋予材料属性、施加额定的充气压力，进行二维轴对称充气分析；1.2）在充气分析的基础上，通过旋转生成具有N个截断的轴对称模型，N个截断的角度可各不相同，相邻截断之间的单元编号偏移值为k，k需要大于轮胎二维轴对称模型中
的总单元数m；1.3）对轮胎施加额定载荷，进行轮胎负载分析；第二步，对轮胎进行稳态滚动分析：在第一步中负载分析的基础上，对轮胎及轮辋施加旋转角速度和平动速度，平动速度根据轮胎的实际滚动确定，转动角速度的确定标准为轮胎与路面沿平动速度方向的摩擦力值小于10N；第三步，提取轮胎模型中所有橡胶材料单元的主应力，即σ1，σ2，σ3，约定符号代表大小关系为σ1>σ2>σ3，根据如下公式计算单元的畸变能密度：第四步，提取轮胎模型中与二维轴对称分析时编号为i的单元所处相同位置的单元的畸变能密度序列，记作；然后，计算该序列的增量累加，W
i
为：通过比较每个单元的W
i
获得最大的畸变能密度所在单元即为轮胎可能最早发生破坏的位置。
[0007]作为优选，所述步骤1.1）对轮胎材料分布图进行网格划分，划分为三角形或四边形单元，骨架材料划分为2节点一维单元，并对各部件材料赋予材料属性建立轮胎有限元模型，给轮胎内衬层内表面施加0.25MPa气压，利用Abaqus软件进行充气分析。
[0008]根据权利要求1或2所述的一种轮胎橡胶疲劳性能的简易评判方法，其特征在于，各部件材料赋予材料属性如下所示：部件名称材料模量（MPa）泊松比密度（10
‑9t/mm3）tanδ胎体20.4910.1护胶30.4910.12内衬层20.4910.14基部胶3.50.4910.08冠带层30.4910.13第二带束层30.4910.12第一带束层30.4910.12胎面40.4910.16胎侧30.4910.17三角胶80.4910.15钢丝圈210000.370.0冠带层骨架10000.31.20.0胎体骨架20000.31.20.0带束层骨架1000000.360.0
[0009]作为优选，所述步骤1.2）在二维充气分析的基础上，将轮胎断面旋转360度，并在周向进行截断划分，将一周分为90个截断，在轮胎接地区域截断角度为2度，在远离接地区
域截断角度为5度，两者过度区域的相邻截断之间的单元编号偏移值为k=4000，大于轮胎二维轴对称模型中的总单元数m=1931。
[0010]作为优选，所述步骤1.3）将轮胎轮辋固定，给路面施加5881N载荷，使路面向轮辋方向移动，进行负载分析。
[0011]作为优选，所述步骤二平动速度根据轮胎的实际滚动确定80km/h，转动角速度的确定标准为轮胎与路面沿平动速度方向的摩擦力值小于10N，角速度为70.523rad/s，摩擦力为8.2N。
[0012]进一步，本专利技术还提供了所述的一种轮胎橡胶疲劳性能的简易评判方法在轮胎仿真分析中的应用。
[0013]进一步，本专利技术还公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现所述方法。
[0014]进一步，本专利技术还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序或指令，该计算机程序或指令被处理器执行时实现所述方法。
[0015]进一步，本专利技术还公开了一种计算机程序产品，包括计算机程序或指令，该计算机程序或指令被处理器执行时实现所述方法。
[0016]本专利技术由于采用了上述的技术方案，能够在简单轮胎数值模拟的基础上，处理计算结果，利用累积最大形状比能指标评价轮胎的疲劳性能，可准确预测疲劳破坏位置并用于评判轮胎的疲劳性能，为轮胎设计提供依据。通过上述计算过程即可获得轮胎最易疲劳破坏位置，通过多方案对比该值即可实现方案的优选，为轮胎设计和方案评估提供指导。
附图说明
[0017]图1为21550R15轮胎材料分布图。
[0018]图2为21550R15轮胎断面网格及材料部件。
[0019]图3为21550R15轮胎充气变形结果。
[0020]图4为21550R15轮胎三维轴对称模型及截断。
[0021]图5为21550R15轮胎静态负载变形。
[0022]图6为21550R15轮胎稳态计算时角速度与平动速度方向图。
[0023]图7为21550R15轮胎单元的W值云图。
[0024]图8为21550R15轮胎实验测试疲劳破坏图。
具体实施方式
[0025]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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轮胎橡胶疲劳性能的简易评判方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：第一步，建立轮胎有限元模型，进行负载分析：1.1）对轮胎的材料分布图进行网格划分，赋予材料属性、施加额定的充气压力，进行二维轴对称充气分析；1.2）在充气分析的基础上，通过旋转生成具有N个截断的轴对称模型，N个截断的角度可各不相同，相邻截断之间的单元编号偏移值为k，k需要大于轮胎二维轴对称模型中的总单元数m；1.3）对轮胎施加额定载荷，进行轮胎负载分析；第二步，对轮胎进行稳态滚动分析：在第一步中负载分析的基础上，对轮胎及轮辋施加旋转角速度和平动速度，平动速度根据轮胎的实际滚动确定，转动角速度的确定标准为轮胎与路面沿平动速度方向的摩擦力值小于10N；第三步，提取轮胎模型中所有橡胶材料单元的主应力，即σ1，σ2，σ3，约定符号代表大小关系为σ1>σ2>σ3，根据如下公式计算单元的畸变能密度：第四步，提取轮胎模型中与二维轴对称分析时编号为i的单元所处相同位置的单元的畸变能密度序列，记作；然后，计算该序列的增量累加，W
i
为：通过比较每个单元的W
i
获得最大的畸变能密度所在单元即为轮胎可能最早发生破坏的位置。2.根据权利要求1所述的一种轮胎橡胶疲劳性能的简易评判方法，其特征在于，步骤1.1）对轮胎材料分布图进行网格划分，划分为三角形或四边形单元，骨架材料划分为2节点一维单元，并对各部件材料赋予材料属性建立轮胎有限元模型，给轮胎内衬层内表面施加0.25MPa气压，利用Abaqus软件进行充气分析。3.根据权利要求1或2所述的一种轮胎橡胶疲劳性能的简易评判方法，其特征在于，各部件材料赋予材料属性如下所示：部件名称材料模量（MPa）泊松比密度（10
‑9t/mm3）tanδ胎体20.4910.1护胶30.4910.12内衬层20.4910.14基部胶3.50.4910.08冠带层30.4910.13第二带束...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔志博，冯一佳，刘芳，胡德斌，王丹灵，黄大业，郭磊磊，李进，王毅，
申请(专利权)人：杭州海潮橡胶有限公司，
类型：发明
国别省市：