带复杂花纹的子午线轮胎建模方法及其稳态滚动的有限元分析.pdf

第 1期 蒋丰磷 ．带复杂花纹的子午线轮胎建模方法及其稳态滚动的有限元分析 带复杂花纹的子午线轮胎建模方法及其 稳态滚动的有限元分析 蒋丰磷 (双钱集团上海轮胎研究所有限公司，上海 200245) 摘要：以子午线轮胎1IR22．5为例，考虑轮胎变形的几何非线性、材料非线性以及轮胎与地面、轮胎与轮辋的大变形 非线性接触等，并考虑复杂胎面花纹，利用ABAQUS软件建立轮胎与地面接触的三维有限元模型。对带复杂胎面花纹的 子午线轮胎进行了静负荷工况、稳态滚动工况和侧偏工况的模拟，并将分析结果与光面轮胎进行了对 比。结果表明，胎 面花纹对轮胎滚动模拟结果有一定的影响，从而为轮胎设计提供参考 。 关键词 ：子午线轮胎 ；复杂花纹 ；稳态滚动 ；有限元分析 中图分类号 ：U463．34I．3／．6；O24I．82 文献标志码 ：A 文章编号 ：1006—8I71(20I7)o1-0003-05 胎面花纹是轮胎 的重要参数之一 ，它对轮胎 胎面花纹，利用ABAQUS软件建立轮胎与地面接 的行驶性能和使用寿命有直接的影响。由于轮胎 触的三维有限元模型，对带复杂胎面花纹的子午 花纹的复杂性，传统的轮胎三维有限元分析都对 线轮胎进行了静负荷工况、稳态滚动工况和侧偏 轮胎模型做 了简化，或完全忽略了胎面花纹，或仅 工况的模拟，并从骨架材料受力、接地特性和侧偏 有周 向花纹沟…。然而，这种简化模型会使某些主 特性等方面与光面轮胎进行对 比，以期为轮胎设 要性能的计算结果与实际情况存在较大差距 ，特 计提供参考。 别是那些与花纹相关的性能 ]。因此，为了对轮胎 的性能进行更真实有效的研究，有必要发展和完 1 有限元模型建立 善带复杂花纹轮胎的有限元分析技术。 1．1 材料模型 有限元分析建模本身就是一种数值近似手 轮胎是由多种材料组成的复合体，包括橡胶、 段，在对带复杂花纹的轮胎进行建模时，对于这 钢丝以及帘线一橡胶复合材料。轮胎 中的胎体帘 种 曲面形式的网格划分本身就是有限元分析的难 布层和带束层均为各向异性的帘线一橡胶复合材 点。以往在处理复杂花纹网格划分的问题时，为 料，采用Rebar模型来模拟。橡胶材料用各向同性 了方便往往将其 自动划分为四面体网格，然而对 的不可压缩实体单元表示，采用Yeoh应变能密度 于三维非线性有 限元分析来说 ，高质量六面体 网 函数描述其应力一应变关系，本工作中Yeoh超弹性 格与四面体网格相 比能够有效提高计算的收敛性 模型的参数是通过试验所得数据拟合得到的。钢 以及精度 ，因此如何实现复杂花纹的六面体网格 丝圈采用各 向同性的线弹性材料单元描述。 的有限元划分成为花纹实体建模 中比较棘手的 1．2 边界条件 问题 。 传统计算中通常忽略轮辋，在胎圈处施加相 本工作以子午线轮胎11R22．5为例，考虑轮胎 应的边界条件，可减小计算收敛的难度 ，但是难以 准确描述胎圈部位的应力分布。本工作使用接触 变形的几何非线性、材料非线性 以及轮胎与地面、 边界条件对轮胎进行从装配到静负荷工况、滚动 轮胎与轮辋的大变形非线性接触等，并考虑复杂 工况以及侧偏工况的一系列计算 。将轮辋和路