一种轮胎稳态滚动骨架受力的快速预测方法、应用和计算机程序产品技术

本发明专利技术涉及轮胎仿真计算技术领域，尤其涉及一种轮胎稳态滚动骨架受力的快速预测方法、应用和计算机程序产品。一种轮胎稳态滚动骨架受力的快速预测方法，该方法不仅避免了轮胎稳态仿真中不断调整转动角速度还极大地提高效率，节省了计算资源，同时也能保证计算的有效性，能快速的反馈到轮胎设计应用上，为轮胎设计工程师提供指导。计工程师提供指导。计工程师提供指导。

【技术实现步骤摘要】
一种轮胎稳态滚动骨架受力的快速预测方法、应用和计算机程序产品


[0001]本专利技术涉及轮胎仿真计算
，尤其涉及一种轮胎稳态滚动骨架受力的快速预测方法、应用和计算机程序产品。

技术介绍

[0002]轮胎是由橡胶材料、骨架材料(金属、尼龙、聚酯等)等多种材料组合而成。骨架材料承担轮胎在行驶过程中80％以上的负载，所以轮胎在稳定滚动状态下的骨架的受力状态显得尤为重要。从力学原理分析，轮胎在稳定滚动状态下的性能变化主要来源于载荷和离心力的影响，当轮胎高速转动时会导致轮胎膨胀，改变印痕和刚度，进而影响轮胎的耐久、操控、滚阻等性能，在某些极端条件下可能会导致带束帘线和胎体帘线断裂失效，从而引发严重的事故。因此，如何快速、有效的评估轮胎在稳定滚动状态下骨架受力状态是轮胎设计与分析领域的关键问题。
[0003]目前，评估轮胎在稳定滚动状态下骨架受力的方法主要有实验方法和数值模拟方法。实验方法需要开发模具、成型、硫化、测试等一系列的过程，不仅成本高，并且周期长。轮胎在稳定滚动状态下骨架受力的数值模拟评估主要是在轮胎三维静负载数值模拟的基础上进行稳态滚动仿真的有限元方法，而在轮胎稳态滚动仿真需要不断的调整轮胎的转动角速度以匹配轮胎的平移速度最终使轮胎达到稳定滚动状态，这个调整过程非常繁琐，而且计算时间长，计算资源要求高，计算效率低。而经过专利技术人长期研究，对于评估轮胎在稳定滚动状态下骨架受力的数值模拟不需要对轮胎进行稳态滚动计算，可通过在三维静负载分析中施加离心力载荷来实现。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种轮胎稳态滚动骨架受力的快速预测方法，该方法避免了轮胎稳态仿真中不断调整转动角速度的繁琐的同时不仅极大地提高效率，节省了计算资源，同时也能保证计算的有效性。
[0005]为了实现上述的目的，本专利技术采用了以下的技术方案：
[0006]一种轮胎稳态滚动骨架受力的快速预测方法，该方法包括以下的步骤：
[0007]第一步，利用Abaqus软件建立轮胎有限元模型，其中冠带，带束，胎体等包含增强材料部件为四边形单元，使用rebar单元来表征增强结构，据轮胎实际材料测试为橡胶单元和骨架单元赋予线弹性材料参数和密度，设置内衬层内表面作用气压P；利用有限元程序计算轮胎轴对称模型充气工况；
[0008]第二步，在第一步基础上，使二维轴对称模型旋转一周，生成轮胎三维模型，在距离轮胎表面1mm的位置放置刚性平直路面且摩擦系数为0，固定轮胎轮辋，对刚性路面施加额定载荷F，进行轮胎负载分析；
[0009]第三步，从第二步轮胎负载分析的结果中提取接地负载静半径记为r
s
，离地面最
近的一层带束接地区域的负载静半径记为r
b
，轮胎稳定滚动速度为v，可得到轮胎静负载时的转动角速度为由于离心力的作用，根据下列公式可计算出轮胎接地径向位移u
t
：
[0010][0011]其中ρ为胎面材料密度，E为胎面的弹性模量；所以轮胎的实际滚动角速度为
[0012][0013]第四步，将第二步的轮胎负载分析的结果作为预初始状态，固定轮胎轮辋，对刚性路面施加额定载荷F；对轮胎三维负载模型每个单元的密度、体积、转动半径分别记为ρ
i
,V
i
和r
i
；根据第三步计算的w
d
，计算出每个单元施加的离心力为然后进行计算，输出骨架的张力。
[0014]作为优选，所述第一步中橡胶单元和骨架单元赋予线弹性材料参数和密度如下：
[0015]部件名称材料模量(MPa)泊松比密度(10
‑9t/mm3)胎面胶2.20.491.2基部胶2.50.491.1冠带胶3.50.491.2带束胶5.30.491.2胎体胶2.50.491.1内衬层胶1.60.491.2胎侧胶1.30.491.1三角胶11.60.491.2外护胶4.10.491.2钢丝圈1800000.37.0冠带增强材料210000.31.9带束增强材料1100000.37.8胎体增强材料43000.31.9。
[0016]作为优选，所述第一步中设置内衬层内表面作用气压P＝0.20
‑
0.25Mpa。
[0017]作为优选，所述第四步中在Abaqus软件中可以在负载body force中输入角速度即可实现对三维模型的每个单元施加离心力，然后进行计算，输出骨架的张力。
[0018]作为优选，所述轮胎为子午线轮胎。
[0019]进一步，本专利技术还公开了所述的一种轮胎花纹网格划分方法在轮胎仿真设计中的应用。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]本专利技术由于采用了上述的技术方案，此种方法不仅避免了轮胎稳态仿真中不断调整转动角速度还极大地提高效率，节省了计算资源，同时也能保证计算的有效性，能快速的反馈到轮胎设计应用上，为轮胎设计工程师提供指导。
附图说明
[0024]图1为205/55R16轮胎有限元网格图及各部件名称；
[0025]图2为205/55R16轮胎充气示意图；
[0026]图3为205/55R16轮胎三维模型；
[0027]图4为205/55R16轮胎静负载半径r
s
和r
b
；
[0028]图5为205/55R16轮胎稳态、本专利带束张力分布对比图；
[0029]图6为205/55R16轮胎稳态、本专利冠带张力分布对比图；
[0030]图7为205/55R16轮胎稳态、本专利胎体张力分布对比图。
具体实施方式
[0031]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，给出在Abaqus有限元系统下详细的实施方式。
[0032]以205/55R16为例，根据本专利技术的实施步骤：
[0033]第一步，利用Abaqus软件建立轮胎有限元模型(如图1)，其中冠带，带束，胎体等包含增强材料部件为四边形单元，使用rebar单元来表征增强结构，据轮胎实际材料测试为橡胶单元和骨架单元赋予线弹性材料参数和密度(表1),设置内衬层内表面作用气压P＝0.21Mpa(如图2)。利用有限元程序ABAQUS计算轮胎轴对称模型充气工况。
[0034]表1为205/55R16轮胎材料参数
[0035]部件名称材料模量(MPa)泊松比密度(10
‑9t/mm3)胎面胶2.20.491本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轮胎稳态滚动骨架受力的快速预测方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：第一步，利用Abaqus软件建立轮胎有限元模型，其中冠带，带束，胎体等包含增强材料部件为四边形单元，使用rebar单元来表征增强结构，据轮胎实际材料测试为橡胶单元和骨架单元赋予线弹性材料参数和密度，设置内衬层内表面作用气压P；利用有限元程序计算轮胎轴对称模型充气工况；第二步，在第一步基础上，使二维轴对称模型旋转一周，生成轮胎三维模型，在距离轮胎表面1mm的位置放置刚性平直路面且摩擦系数为0，固定轮胎轮辋，对刚性路面施加额定载荷F，进行轮胎负载分析；第三步，从第二步轮胎负载分析的结果中提取接地负载静半径记为，离地面最近的一层带束接地区域的负载静半径记为，轮胎稳定滚动速度为，可得到轮胎静负载时的转动角速度为；由于离心力的作用，根据下列公式可计算出轮胎接地径向位移：其中ρ为胎面材料密度， 为胎面的弹性模量；所以轮胎的实际滚动角速度为；第四步，将第二步的轮胎负载分析的结果作为预初始状态，固定轮胎轮辋，对刚性路面施加额定载荷F；对轮胎三维负载模型每个单元的密度、体积、转动半径分别记为
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,和；根据第三步计算的，计算出每个单元施加的离心力为，然后进行计算，输出骨架的张力。2.根据权利要求1所述的一种轮胎稳态滚动骨架受力的快速预测方法，其特征在于，第一步中橡胶单元和骨架单元赋予线弹性材料参数和密度如下：部件名称材料模量（MPa）泊松比密度（10
‑9t/mm3）胎面胶2.20.491.2基部胶2.50.491.1冠带胶3.50.491.2带束胶5.30.491.2胎体胶2....

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