求解轮胎稳态滚动的动力学计算方法技术

本发明专利技术涉及一种求解轮胎稳态滚动的动力学计算方法，属于轮胎结构设计领域

【技术实现步骤摘要】
求解轮胎稳态滚动的动力学计算方法


[0001]本专利技术涉及轮胎结构设计领域，特别涉及一种求解轮胎稳态滚动的动力学计算方法
。

技术介绍

[0002]目前，轮胎稳态滚动分析主要采用的是
ALE
方法，将滚动变形问题分解为拉格朗日网格下的刚体运动和基于欧拉网格下的接触变形
。ALE
方法使用的接触算法，在计算滚动速度较大或者轮胎变形较大的情况时不易收敛
。
另外，
ALE
方法需要定义两个速度：一个是轮胎滚动的角速度，另一个是轮胎平移的线度，通过调整这两个速度可以得到轮胎滚动的三种状态：制动
、
牵引和稳态滚动
。
但是对单一的轮胎滚动求解而言增加了计算量，导致求解时间较长
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种求解轮胎稳态滚动的动力学计算方法，专利技术过程简单易复现，并且与传统
ALE
方法相比，只需定义一个轮胎滚动角速度即可计算得到轮胎的旋转体力，通过旋转体力的施加就可以得到轮胎稳态滚动的计算结果，无需再使用角速度和线速度，对于单一稳态滚动而言，减少了计算量，提高了计算效率，并且不存在因为接触算法导致的不易收敛情况
。
[0004]本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
[0005]一种求解轮胎稳态滚动的动力学计算方法，为了求解轮胎稳态滚动时的轮胎合位移
、
帘线拉应力
、
帘线拉应变
、
接触压强
、
压深量，需执行步骤如下：
[0006](1)
在整体坐标系下，确定轮胎橡胶基体单元和内埋帘线单元各节点的坐标值与轮胎旋转轴的方向向量，其中橡胶基体单元为六面体或五面体单元，内埋帘线单元为四边形单元；
[0007](2)
先建立内埋帘线单元节点坐标和轮胎旋转轴方向向量从整体坐标系到局部坐标系的转化关系，然后建立从局部坐标系到材料坐标系的转化关系；
[0008](3)
先计算橡胶基体单元在整体坐标系下由旋转体力产生的等效节点载荷列阵，然后计算内埋帘线单元在材料坐标系下由旋转体力产生的等效节点载荷列阵，并通过转换关系转换到整体坐标系下；
[0009](4)
通过内埋帘线单元的质心坐标搜索对应的橡胶基体单元，得到对应的插值关系，再将内埋帘线单元的等效节点载荷列阵插值于对应橡胶基体单元的等效节点载荷列阵；
[0010](5)
通过共节点组装得到轮胎整体的等效节点载荷列阵
。
[0011]步骤
(2)
中，局部坐标系的定义如下：原点位于内埋帘线单元四边形的形心，为了与整体坐标系和材料坐标系区分，定义局部坐标系的坐标轴分别为
x
′
、y
′
和
z
′
轴
。
其中，
z
′
轴方向垂直内埋帘线单元平面，
x
′
轴方向由原点指向内埋帘线单元相邻两节点中点，
y
′
方
向根据
z
′
和
x
′
方向由左手定则确定
。
[0012]步骤
(2)
中，材料坐标系定义如下：原点位于内埋帘线单元四边形的形心，为了与整体坐标系和局部坐标系区分，定义局部坐标系的坐标轴分别为
x、y
和
z
轴
。z
轴方向垂直内埋帘线单元，
x
轴方向为帘线方向，
y
方向根据
z
和
x
方向由左手定则确定
。
[0013]步骤
(3)
中，橡胶基体单元的等效节点载荷列阵为：
[0014][0015]其中
N
为形函数矩阵，
R
为单元内点到旋转轴的距离向量，
ω
为稳态滚动的角速度，
ρ
为单元密度，
W
i
,W
j
,W
k
为积分点的权重，
J
为单元对应的雅可比矩阵
。
[0016]步骤
(3)
中，内埋帘线单元的等效节点载荷列阵为：
[0017][0018]其中
N
为形函数矩阵，
r
为单元内点到旋转轴的距离向量，
ω
为稳态滚动的角速度，
ρ
为单元密度，
W
j
,W
k
为积分点的权重，
J
为单元对应的雅可比矩阵
。
[0019]步骤
(4)
中通过内埋帘线单元的质心坐标搜索对应的橡胶基体单元，搜索方法是通过体积关系判断内埋帘线单元是否位于橡胶基体单元内，令
V
′
为橡胶基体单元各个面与帘线质心坐标构成体结构的体积和，
V
R
为橡胶基体单元体积
。
如果
V
′
>V
R
，则内埋帘线单元位于橡胶基体单元外；如果
V
′
＝
V
R
，则内埋帘线单元位于橡胶基体单元内
。
[0020]本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种求解轮胎稳态滚动的动力学计算方法，只需要通过轮胎滚动的角速度便能求解得到轮胎的旋转体力，并将其施加于接地分析后的三维有限元模型，即可得到轮胎稳态滚动的结果，计算效率高且计算结果容易收敛
。
为轮胎的稳态滚动计算提供了一种有效方法
。
相比于已有的轮胎稳态滚动计算方法，本方法中只需用到轮胎稳态滚动的角速度，无需轮胎的滚动的平移速度，即可得到轮胎稳态滚动时的轮胎合位移
、
帘线拉应力
、
帘线拉应变
、
接触压强
、
压深量；本方法原理简单，实施方便，易于复现，并且有更好的收敛性
。
附图说明
[0021]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定
。
[0022]图1为本专利技术的求解轮胎稳态滚动的动力学计算方法流程图；
[0023]图2为本专利技术的内埋帘线单元整体坐标和局部坐标示意图；
[0024]图3为本专利技术的内埋帘线单元局部坐标和材料坐标示意图；
[0025]图4为本专利技术的轮胎有限元模型；
[0026]图5为本专利技术的轮胎结构断面图；
[0027]图6为本专利技术的稳态滚动分析合位移云图；
[0028]图7为本专利技术的稳态滚动分析帘线拉应力云图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种求解轮胎稳态滚动的动力学计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)
在整体坐标系下，确定轮胎橡胶基体单元和内埋帘线单元各节点的坐标值与轮胎旋转轴的方向向量，其中橡胶基体单元为六面体或五面体单元，内埋帘线单元为四边形单元；
(2)
先建立内埋帘线单元节点坐标和轮胎旋转轴方向向量从整体坐标系到局部坐标系的转化关系，然后建立从局部坐标系到材料坐标系的转化关系；
(3)
先计算橡胶基体单元在整体坐标系下由旋转体力产生的等效节点载荷列阵，然后计算内埋帘线单元在材料坐标系下由旋转体力产生的等效节点载荷列阵，并通过转换关系转换到整体坐标系下；
(4)
通过内埋帘线单元的质心坐标搜索对应的橡胶基体单元，得到对应的插值关系，再将内埋帘线单元的等效节点载荷列阵插值于对应橡胶基体单元的等效节点载荷列阵；
(5)
通过共节点组装得到轮胎整体的等效节点载荷列阵
。2.
根据权利要求1所述的求解轮胎稳态滚动的动力学计算方法，其特征在于：步骤
(2)
中，局部坐标系的定义如下：原点位于内埋帘线单元四边形的形心，为了与整体坐标系和材料坐标系区分，定义局部坐标系的坐标轴分别为
x
′
、y
′
和
z
′
轴；其中，
z
′
轴方向垂直内埋帘线单元平面，
x
′
轴方向由原点指向内埋帘线单元相邻两节点中点，
y
′
方向根据
z
′
和
x
′
方向由左手定则确定
。3.
根据权利要求1所述的求解轮胎稳态滚动的动力学计算方法，其特征在于：步骤
(2)
中，材料坐标系定义如下：原点位于内埋帘线单元四边形的形心，为了与整体坐标系和局部坐标系区分，定义局部坐标系的坐标轴分别为
x、y
和
z
轴；
z
轴方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：张然，左文杰，卢宇源，白建涛，汤涛，安立佳，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：