胡海明，李輝

（青島科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 山東省高分子材料先進(jìn)制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266061）

輪胎承載有限元模擬分析模型的建立

胡海明，李輝

（青島科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 山東省高分子材料先進(jìn)制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266061）

通過對(duì)輪胎承載進(jìn)行有限元模擬分析，可以計(jì)算出輪胎截面應(yīng)力、應(yīng)變等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，從而可以優(yōu)化輪胎結(jié)構(gòu)。這對(duì)提高輪胎設(shè)計(jì)具有重要意義。

輪胎；模擬；建模

輪胎性能優(yōu)化對(duì)提高輪胎承載力，減小輪胎應(yīng)力、應(yīng)變，減少滾動(dòng)阻力等方面具有重要作用。本文對(duì)輪胎有限元模擬中的輪胎建模進(jìn)行了闡述。

1 建立二維模型

在AutoCAD建立輪胎二維截面圖，同時(shí)建立地面模型。把保存的截面圖導(dǎo)入到UG中。 導(dǎo)入后的圖形根據(jù)輪胎的組成分成不同的部分，有胎冠、胎側(cè)、帶束層、內(nèi)襯層簾布、胎圈等，每一部分單獨(dú)做成一個(gè)片體。由于輪胎截面圖是由許多線段組成的，為了在生成實(shí)體時(shí)能分成不同的面，對(duì)每一部分中的片體還需細(xì)分，每一部分中單獨(dú)的一條線段都要做成一個(gè)片體，然后以一個(gè)部分為單位進(jìn)行縫合，最后縫合所有的片體。

例如胎冠頂部是由8條線段組成的，在做片體的時(shí)候就要以每一線段為單位做一個(gè)片體，共做8個(gè)片體，這樣在后面做輪胎與地面接觸的時(shí)候就會(huì)生成單獨(dú)的面，方便定義邊界條件和施加載荷。每一部分的片體做完以后還要進(jìn)行面鏈接操作，因?yàn)槊恳徊糠值牟煌w之間是有界限的，如果不進(jìn)行面鏈接操作，一個(gè)獨(dú)立的部分就會(huì)被分成許多塊，這樣在進(jìn)行三維建模的時(shí)候就會(huì)形成許多實(shí)體，比如胎冠，如果不進(jìn)行面鏈接，在三維建模的時(shí)候就會(huì)生成8個(gè)實(shí)體，而不是一個(gè)整體的胎冠。

保存做好的片體模型。保存之后導(dǎo)出參數(shù)化實(shí)體Parasolid文件，也就是能被ADINA識(shí)別的*.x-t文件。

2 建立三維模型

在ADINA中導(dǎo)入生成的*.x-t文件。

（1）導(dǎo)入后的模型系統(tǒng)默認(rèn)生成兩個(gè)體，輪胎截面為一個(gè)體，地面為一個(gè)體，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)命名為Body1、Body2，定義網(wǎng)格密度Meshing-Meshing Density-Face，劃分模型網(wǎng)格。

劃分完網(wǎng)格之后就要對(duì)輪胎進(jìn)行三維建模，建模的步驟和劃分網(wǎng)格的步驟相似，對(duì)輪胎截面中每個(gè)面依此建模，輪胎形成之后再對(duì)地面建模，最后形成分析的模型。

（2）模型轉(zhuǎn)換成實(shí)體。

3 施加約束和載荷

輪胎承載模型的簡(jiǎn)化是輪胎建模過程中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，實(shí)際中輪胎的承載是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，要想精確的模擬輪胎在實(shí)際工作中的受力是相當(dāng)困難的。建模過于復(fù)雜，會(huì)導(dǎo)致分析不收斂，難以求解，建模過于簡(jiǎn)單，又會(huì)失去分析的實(shí)際意義，因此建一個(gè)適當(dāng)?shù)哪Ｐ头浅Ｖ匾?/p>

3.1 約束的施加

（1）輪胎所在的輪軸簡(jiǎn)化為一個(gè)剛性點(diǎn)，也叫輪胎中心，載荷通過這個(gè)中心作用于輪胎上。

（2）與輪輞接觸的面和輪胎中心連接在一起，并設(shè)定剛性約束。

（3）地面設(shè)置成剛性面，不考慮地面厚度的影響，采用完全固定方式。

（4）輪胎外表面和地面設(shè)置接觸對(duì)，接觸類型是3D-Solid，接觸性質(zhì)摩擦接觸，摩擦系數(shù)設(shè)置成0.3。

（5）不同部位的橡膠簡(jiǎn)化成一種橡膠材料，采用Mooney-Rivlin橡膠材料分析模型，模型參數(shù)由試驗(yàn)測(cè)得的實(shí)際值輸入ADINA軟件中擬合得出。

（6）帶束層鋼絲簾線和內(nèi)襯層鋼絲簾線簡(jiǎn)化為一種材料模型，這種材料性能介于橡膠和鋼絲之間，偏向于鋼絲，材料參數(shù)由試驗(yàn)獲得。

（7）胎圈鋼絲簡(jiǎn)化為碳鋼材料。

3.2 載荷的施加

根據(jù)輪胎實(shí)際受力情況施加了兩個(gè)載荷。

（1）輪胎的載重，這是變化的載荷，根據(jù)輪胎載重的多少改變載荷值的大小，此載荷通過輪胎中心直接作用在與輪輞接觸的面上，進(jìn)而作用于輪胎上，初始設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)值33 810 N（3 450 kg），作用方向沿Y軸正向。

（2）輪胎的氣壓，作用于輪胎內(nèi)表面，初始標(biāo)準(zhǔn)氣壓設(shè)置為760 kPa。

3.3 其他參數(shù)設(shè)置

輪胎承載是大變形、幾何非線性，分析類型

（1）Control-Analysis Assumption-Kinematics，Displacement/Rotation設(shè)置為Large。

（2）Control-Analysis Assumption-mass matrix，將mass matrix設(shè)置為lumped。

（3）Control-solution process-iteration method，將use of line searches改為Yes。

（4）選擇Dynamics-Implicit分析模塊。

4 結(jié)語

輪胎模型建立后就可以根據(jù)模擬條件進(jìn)行模擬運(yùn)算了。模型建立的質(zhì)量高低，直接決定著輪胎分析數(shù)據(jù)的真實(shí)性。因此，建立合適的輪胎模型既能提高運(yùn)算速度，又能獲得相對(duì)誤差較小的模擬數(shù)據(jù)。

（R-03)

玲瓏輪胎為各國總理保駕護(hù)航

2015年12月14～15日，2015上海合作組織成員國元首理事會(huì)將在河南鄭州舉行，配套玲瓏輪胎的紅旗L5作為會(huì)議指定用車，將再次成為世人的焦點(diǎn)，全情助力本次峰會(huì)的成功舉辦！

上海合作組織的前身是“上海五國”機(jī)制，"上海五國"機(jī)制發(fā)源于20世紀(jì)80年代末，以中國為一方和以俄、哈、吉、塔四國為另一方的關(guān)于加強(qiáng)邊境地區(qū)信任和裁軍的談判進(jìn)程為目的。目前，上海合作組織成員國包括哈薩克斯坦、中國、吉爾吉斯斯坦、俄羅斯、塔吉克斯坦和烏茲別克斯坦，是永久性政府間國際組織。最高決策機(jī)構(gòu)是成員國元首理事會(huì)，理事會(huì)每年舉行一次會(huì)議，迄今已舉行過15次。

作為本次峰會(huì)最高級(jí)別接待用車的一部分，玲瓏輪胎將為與會(huì)國家的各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)、貴賓提供全程安全、貼心、周到的尊享服務(wù)，這也是繼APEC貿(mào)易部長會(huì)議、APEC海洋部長會(huì)議、白俄羅斯閱兵式、9月3日紀(jì)念反法勝利70周年閱兵式等重大事件后，玲瓏輪胎再次精彩亮相國際級(jí)舞臺(tái)，為各國總理保駕護(hù)航！

為玲瓏點(diǎn)贊！為中國品牌的崛起點(diǎn)贊！

本刊摘編自“玲瓏輪胎”

（R-01)

Establishment of the tire load fi nite element simulation analysis model

TQ336.1

1009-797X(2016)01-0025-02

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.01.005

胡海明（1964-），男，青島科技大學(xué)教授，主要從事模具CAD的教學(xué)與科研工作。

2015-03-27