一种基于轮胎-轮辋混合约束的轮胎刚性仿真方法、设备、程序产品技术

本发明专利技术涉及轮胎有限元仿真设计技术领域，尤其涉及一种基于轮胎

【技术实现步骤摘要】
一种基于轮胎
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轮辋混合约束的轮胎刚性仿真方法、设备、程序产品


[0001]本专利技术涉及轮胎有限元仿真设计
，尤其涉及一种基于轮胎
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轮辋混合约束的轮胎刚性仿真方法、设备和程序产品。

技术介绍

[0002]轮胎的刚性是轮胎的基本力学性能，对车辆的安全性、舒适性有重要影响，特别是轮胎的纵向刚性，是影响车辆牵引力，制动力的关键性能。近些年，随着有限元技术不断发展，有限元隐式算法在轮胎设计评价上得到了广泛的应用。然而在进行刚度仿真时发现，纵向刚度仿真结果和实测结果不一致，且随着纵向载荷的增大，差别越明显。针对这一现象，我们通过分析发现，现有仿真方法在接地区域附近轮胎与轮辋间容易发生滑移（接触约束不充分）导致接触摩擦力减小，是仿真纵向刚性与实测不一致的主要原因，特别是在轮胎大应变、大载荷情况下。另外，由于轮胎与轮辋间发生滑移，极易出现不收敛的情况，需反复调整解析参数及模型，这大大降低了仿真效率。为了提高仿真精度及仿真效率，专利技术一种基于轮胎
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轮辋混合约束的轮胎刚性高精度高效率仿真新方法是必要的。

技术实现思路

[0003]为了解决了轮胎刚性，特别是纵向刚性仿真时，现有仿真方法仿真精度低及仿真容易出现不收敛的情况，本专利技术提供一种基于轮胎
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轮辋混合约束的轮胎刚性高精度高效率仿真新方法，该方法根据轮胎接地变形时的接触特征，建立轮胎
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轮辋混合约束模型，显著提高了轮胎刚性的仿真精度及仿真效率。
[0004]为了实现上述的目的，本专利技术采用了以下的技术方案：一种基于轮胎
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轮辋混合约束的轮胎刚性仿真方法，该方法包括以下的步骤：1）建立轮胎及轮辋2D轴对称模型；2）自轮胎最大断面宽处到轮胎头部领域内设定1个或1个以上接触区域，如图2所示，即为接触区域1，接触区域2
……
接触区域n，并在每个接触区域内设定不同的接触约束条件，建立轮胎
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轮辋混合约束模型，各接触领域内接触对间使用较小的摩擦系数，进行轮胎轮辋嵌合仿真；3）根据指定气压工况，进行充气仿真；4）所述的不同的约束条件，在接触区域1，接触区域2
……
接触区域n领域内分为以下两种情况：4.1）接触约束条件1：在轮胎轮辋间存在接触滑移的情况接触区域内，各接触区域内轮胎上的单元表面集合设定为面ai，轮辋与轮胎接触一侧的表面设定为面bi，将面ai和面bi两两设定为接触对，接触对间的摩擦系数设定为fi；4.2）接触约束条件2：
在轮胎轮辋间不存在接触滑移的情况接触区域内，各接触区域内轮胎上的单元表面集合设定为面ci，轮辋与轮胎接触一侧的表面设定为面di，将面ci和面di两两设定为接触对，接触对间的表面行为设定为接触后不滑移；5）将2D轴对称充气解析的结果传输到3D中，旋转生成3D轮胎模型，并建立路面模型；6）根据指定工况进一步进行接地及纵向刚性仿真。
[0005]作为优选，所述步骤2）中连续接触区域间至少间隔一个单元。
[0006]作为优选，所述步骤2）中各接触领域内接触对间使用摩擦系数f=0.01，进行轮胎轮辋嵌合仿真。
[0007]作为优选，所述步骤2）中自轮胎最大断面宽处到轮胎头部领域内，在轮胎和轮辋间设定3个接触区域，命名为接触区域A~B、接触区域 B~C和接触区域C~D，进行轮胎轮辋嵌合仿真；所述的A、B、C、D点分别利用如下方式定位：A点：最大断面宽处；B点：钢丝圈中心点与轮胎外轮廓的横向交点C点：取钢丝圈中心点与轮胎外轮廓的垂向交点为E，C点为轮胎外轮廓上，D点与E点的中点；D点：轮胎头部点。
[0008]作为优选，所述步骤4）中接触区域A~B、接触区域 B~C为轮胎轮辋间存在接触滑移的情况接触区域，接触区域C~D为轮胎轮辋间不存在接触滑移的情况接触区域。
[0009]作为优选，所述步骤4）中接触约束条件1中每个接触区域的摩擦系数fi可根据经验设立不同数值。
[0010]作为优选，所述步骤4）中接触约束条件2中轮辋若使用刚体单元进行模型化，还可将各接触区域内轮胎上的节点建立节点集1，轮辋上的节点建立节点集2，利用线性约束方程，保持节点集1与节点集2具有相同节点位移。
[0011]进一步，本专利技术还提供了一种计算机设备，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。
[0012]进一步，本专利技术还提供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。
[0013]进一步，本专利技术还提供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权所述方法。
[0014]本专利技术由于采用了上述的技术方案，根据轮胎接地变形时的轮胎和轮辋的接触特征，在轮胎和轮辋可能发生接触的领域设定若干个区域，并在每个区域内设定不同的接触约束条件，从而建立轮胎
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轮辋混合约束新方法。该方法可大大改善轮胎刚性仿真，特别是纵向刚性仿真时，现有仿真方法仿真精度低及仿真容易出现不收敛的情况。通过实测与仿真结果的比较，使用轮胎
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轮辋混合约束新方法的纵向刚性仿真结果与实测结果高度一致。该方法不仅提高了解析精度，而且大大缩短了解析时间。适用于全钢、半钢子午胎，斜交胎，工程胎及各种涉及接触的回转体有限元仿真。
附图说明
[0015]图1本专利技术流程图；图2接触区域示意图；图3不同领域划分示意图；图4 轮胎和轮辋间的接触区域设定；图5连续接触区域设置示意图；图6纵向刚性仿真与实测结果对比图。
具体实施方式
[0016]为了更加清楚明白的展示本专利技术的目的、技术方案，以下结合245/45ZR19规格轮胎，对本专利技术进行进一步详细说明。所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护范围。
[0017]如图1所示的一种基于轮胎
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轮辋混合约束的轮胎刚性高精度高效率仿真新方法，根据轮胎接地变形时的轮胎和轮辋的接触特征，在轮胎和轮辋可能发生接触的领域设定若干个区域，并在每个区域内设定不同的接触约束条件，从而建立轮胎
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轮辋混合约束新方法。
[0018]1、建立轮胎及轮辋2D轴对称模型；2、如图4所示，自轮胎最大断面宽处（A点）到轮胎头部（D点）领域内，在轮胎和轮辋间设定3个接触区域，分别为接触区域A~B、接触区域 B~C和接触区域C~D，命名为接触区域1、接触区域2和接触区域3，连续接触区域间间隔一个单元（如图5所示），各接触领域内接触对间使用摩擦系数f=0.01，进行轮胎轮辋嵌合仿真；如图3所示，所述的A、B、C、D点分别利用如下方式定位：A点：最大断面宽处；B点：钢丝圈中心点与轮胎外轮廓的横向交点C点：取钢丝圈中心点与轮胎外轮廓的垂向交点为E，C点为轮胎外轮廓上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于轮胎
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轮辋混合约束的轮胎刚性仿真方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：1）建立轮胎及轮辋2D轴对称模型；2）自轮胎最大断面宽处到轮胎头部领域内设定1个或1个以上接触区域，即为接触区域1，接触区域2
……
接触区域n，并在每个接触区域内设定不同的接触约束条件，建立轮胎
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轮辋混合约束模型，各接触领域内接触对间使用较小的摩擦系数，进行轮胎轮辋嵌合仿真；3）根据指定气压工况，进行充气仿真；4）所述的不同的约束条件，在接触区域1，接触区域2
……
接触区域n领域内分为以下两种情况：4.1）接触约束条件1：在轮胎轮辋间存在接触滑移的情况接触区域内，各接触区域内轮胎上的单元表面集合设定为面ai，轮辋与轮胎接触一侧的表面设定为面bi，将面ai和面bi两两设定为接触对，接触对间的摩擦系数设定为fi；4.2）接触约束条件2：在轮胎轮辋间不存在接触滑移的情况接触区域内，各接触区域内轮胎上的单元表面集合设定为面ci，轮辋与轮胎接触一侧的表面设定为面di，将面ci和面di两两设定为接触对，接触对间的表面行为设定为接触后不滑移；5）将2D轴对称充气解析的结果传输到3D中，旋转生成3D轮胎模型，并建立路面模型；6）根据指定工况进一步进行接地及纵向刚性仿真。2.根据权利要求1所述的一种基于轮胎
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轮辋混合约束的轮胎刚性仿真方法，其特征在于，步骤2）中连续接触区域间至少间隔一个单元。3.根据权利要求1所述的一种基于轮胎
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轮辋混合约束的轮胎刚性仿真方法，其特征在于，步骤2）中各接触领域内接触对间使用摩擦系数f=0.01，进行轮胎轮辋嵌合仿真。4.根据权利要求1所述的一种基于轮胎
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轮辋混合约束的轮胎刚性仿真方法，其特征在于，步骤2）中自轮胎最大断面宽处...

【专利技术属性】
技术研发人员：田颖，吴政奇，马垚，潘思宇，王文卓，
申请(专利权)人：杭州海潮橡胶有限公司，
类型：发明
国别省市：