一种缠绕钢丝3D仿真模型的建立方法、应用和计算机程序产品技术

技术编号：40665030 阅读：4 留言：0更新日期：2024-03-18 18:59

本发明专利技术涉及轮胎仿真设计技术领域，尤其涉及一种缠绕钢丝3D仿真模型的建立方法、应用和计算机程序产品。一种缠绕钢丝3D仿真模型的建立方法，该方法包括以下的步骤：1）钢丝三维建模；2）有限元网格划分和材料属性分配；3）接触条件的定义；4）边界条件定义。通过该方法建立的仿真模型可根据缠绕钢丝的受力分布分析该过程中钢丝的最大受力位置和最大变形位置，从而对缠绕钢丝进行有针对性的改进，为子午线轮胎匹配更加合适的钢丝。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及轮胎仿真设计，尤其涉及一种缠绕钢丝3d仿真模型的建立方法、应用和计算机程序产品。

技术介绍

1、钢丝作为牵引、承载的关键构件广泛应用于冶金、矿山、石油天然气钻采、机械、化工、航空航天等领域，发挥着重要的作用。作为轮胎的骨架材料，钢丝帘线承受着来自橡胶制品内部和外部的作用力，提高制品的强度，并限制其变形量，保持尺寸稳定。它在很大程度上决定着轮胎的使用功能、应用领域、使用寿命、产品价值和成本。

2、由于钢丝工作环境恶劣，工作时受多种力的共同作用，在使用过程中会发生疲劳、磨损等情况，严重时会发生断裂，可能引起轮胎炸裂事故，造成重大的安全隐患。所以缠绕钢丝的安全运行关系到人员及设备的安全。因此对钢丝的性能及参数研究显得十分重要。

3、申请人申请的中国专利技术专利（公开号： cn116227279a，公开日：2023-06-06）一种计算钢丝圈安全倍数的方法，该方法先画出材料分布图，然后划分网格，其中钢丝圈采用rebar单元，再进行有限元分析，计算出钢丝圈钢丝应力最大值，最后计算钢丝圈安全倍数，该方法可以更加准确表达钢丝圈安全倍数。但是目前还没有文献公开报道过钢丝帘线3d仿真模型的建立方法。

技术实现思路

1、为了解决上述的技术问题，本专利技术的目的是提供一种缠绕钢丝3d仿真模型的建立方法，通过该方法建立的仿真模型可根据缠绕钢丝的受力分布分析该过程中钢丝的最大受力位置和最大变形位置，从而对缠绕钢丝进行有针对性的改进，为子午线轮胎匹配更加合适的钢丝。</p>

2、为了实现上述的目的，本专利技术采用了以下的技术方案：

3、一种缠绕钢丝3d仿真模型的建立方法，该方法包括以下的步骤：

4、1）钢丝三维建模

5、1.1）使用三维建模软件画出单根钢丝的缠绕轨迹，根据缠绕轨迹进行钢丝三维缠绕立体成型；

6、1.2）按角度、距离阵列出剩余钢丝模型，构建多根钢丝缠绕为一股钢丝的三维立体模型；

7、2）有限元网格划分和材料属性分配

8、2.1）对单根钢丝缠绕三维模型进行有限元网格划分，然后把同一半径下的缠绕钢丝通过旋转复制，把单根钢丝的有限元网格复制为一股缠绕钢丝网格；

9、2.2）将缠绕钢丝三维模型导出为step格式，导入hypermesh中进行网格划分，划分为六面体网格，并给每个缠绕钢丝的六面体网格赋予材料属性，将文件导出为inp格式；

10、3）接触条件的定义

11、3.1）在abaqus中导入缠绕钢丝的有限元网格inp文件，设置钢丝的接触属性；

12、3.2）在abaqus中选择interaction模块，创建接触属性；

13、3.3）选择面与面接触（surface-to-surface contact），给每根缠绕钢丝建立接触对；

14、3.4）创建法向接触属性和摩擦系数；

15、4）边界条件定义

16、包括边界内容的定义和边界条件的施加；在钢丝两边分别建立参考点rp1、rp2，创建两边的刚性体，并分别对两边的参考点进行约束。

17、作为优选，步骤1.1）根据钢丝的捻距和捻向画出单根钢丝的缠绕轨迹。

18、作为优选，步骤2.2）材料属性包括密度，弹性模量和泊松比。

19、作为优选，步骤3.5）摩擦系数设置范围为0.1-0.35。

20、作为优选，该方法还包括仿真模拟计算，所述的仿真模拟计算采用abaqus进行仿真模拟，包括以下的步骤：

21、5.1）在step模块中创建步骤，根据钢丝的运动情况创建拉伸步骤“d1”；

22、5.2）定义初始的边界条件；运动过程为右侧参考点全自由度约束，固定不动；定义拉伸步骤“d1”，左侧参考点,给一个向左的位移（z方向），其他自由度约束不动；

23、5.3）定义步骤“d1”，根据钢丝拉伸的运动情况，分别对点rp1、rp2进行全自由度约束；建立钢丝拉伸真实工况。

24、进一步，本专利技术还公开了所述的方法在轮胎钢丝帘线仿真设计中的应用。

25、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。

26、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。

27、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。

28、本专利技术由于采用了上述的技术方案，从计算结果可以发现，计算完成的缠绕钢丝缠绕结构发生了该改变，每一层钢丝的受力情况均有明显差异，模型的计算结果具有参考意义。研究人员可根据缠绕钢丝的受力分布分析该过程中钢丝的最大受力位置和最大变形位置，从而对缠绕钢丝进行有针对性的改进，为子午线轮胎匹配更加合适的钢丝。

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【技术保护点】

1.一种缠绕钢丝3D仿真模型的建立方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：

2.根据权利要求1所述的一种缠绕钢丝3D仿真模型的建立方法，其特征在于，步骤1.1）根据钢丝的捻距和捻向画出单根钢丝的缠绕轨迹。

3.根据权利要求1所述的一种缠绕钢丝3D仿真模型的建立方法，其特征在于，步骤2.2）材料属性包括密度，弹性模量和泊松比。

4.根据权利要求1所述的一种缠绕钢丝3D仿真模型的建立方法，其特征在于，步骤3.5）摩擦系数设置范围为0.1-0.35。

5.根据权利要求1所述的一种缠绕钢丝3D仿真模型的建立方法，其特征在于，该方法还包括仿真模拟计算，所述的仿真模拟计算采用Abaqus进行仿真模拟，包括以下的步骤：

6.根据权利要求1-5任意一项权利要求所述的方法在轮胎钢丝帘线仿真设计中的应用。

7.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1-5任意一项权利要求所述方法。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序或指令，其

9.一种计算机程序产品，包括计算机程序或指令，其特征在于，该计算机程序或指令被处理器执行时实现权利要求1-5任意一项权利要求所述方法。

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【技术特征摘要】

1.一种缠绕钢丝3d仿真模型的建立方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：

2.根据权利要求1所述的一种缠绕钢丝3d仿真模型的建立方法，其特征在于，步骤1.1）根据钢丝的捻距和捻向画出单根钢丝的缠绕轨迹。

3.根据权利要求1所述的一种缠绕钢丝3d仿真模型的建立方法，其特征在于，步骤2.2）材料属性包括密度，弹性模量和泊松比。

4.根据权利要求1所述的一种缠绕钢丝3d仿真模型的建立方法，其特征在于，步骤3.5）摩擦系数设置范围为0.1-0.35。

5.根据权利要求1所述的一种缠绕钢丝3d仿真模型的建立方法，其特征在于，该方法还包括仿真模拟计算，所述的仿真模拟计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：周子业，徐晓鹏，侯丹丹，张春生，
申请(专利权)人：中策橡胶集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：

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