輪胎承載有限元模擬分析模型的建立

胡海明，李輝

（青島科技大學機電工程學院 山東省高分子材料先進制造技術重點實驗室，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

（青島科技大學機電工程學院 山東省高分子材料先進制造技術重點實驗室，山東 青島 266061）

通過對輪胎承載進行有限元模擬分析，可以計算出輪胎截面應力、應變等各項數據，從而可以優化輪胎結構。這對提高輪胎設計具有重要意義。

輪胎；模擬；建模

輪胎性能優化對提高輪胎承載力，減小輪胎應力、應變，減少滾動阻力等方面具有重要作用。本文對輪胎有限元模擬中的輪胎建模進行了闡述。

1 建立二維模型

在AutoCAD建立輪胎二維截面圖，同時建立地面模型。把保存的截面圖導入到UG中。 導入后的圖形根據輪胎的組成分成不同的部分，有胎冠、胎側、帶束層、內襯層簾布、胎圈等，每一部分單獨做成一個片體。由于輪胎截面圖是由許多線段組成的，為了在生成實體時能分成不同的面，對每一部分中的片體還需細分，每一部分中單獨的一條線段都要做成一個片體，然后以一個部分為單位進行縫合，最后縫合所有的片體。

例如胎冠頂部是由8條線段組成的，在做片體的時候就要以每一線段為單位做一個片體，共做8個片體，這樣在后面做輪胎與地面接觸的時候就會生成單獨的面，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行面鏈接操作，因為每一部分的不同片體之間是有界限的，如果不進行面鏈接操作，一個獨立的部分就會被分成許多塊，這樣在進行三維建模的時候就會形成許多實體，比如胎冠，如果不進行面鏈接，在三維建模的時候就會生成8個實體，而不是一個整體的胎冠。

保存做好的片體模型。保存之后導出參數化實體Parasolid文件，也就是能被ADINA識別的*.x-t文件。

2 建立三維模型

在ADINA中導入生成的*.x-t文件。

（1）導入后的模型系統默認生成兩個體，輪胎截面為一個體，地面為一個體，系統會自動命名為Body1、Body2，定義網格密度Meshing-Meshing Density-Face，劃分模型網格。

劃分完網格之后就要對輪胎進行三維建模，建模的步驟和劃分網格的步驟相似，對輪胎截面中每個面依此建模，輪胎形成之后再對地面建模，最后形成分析的模型。

（2）模型轉換成實體。

3 施加約束和載荷

輪胎承載模型的簡化是輪胎建模過程中一個非常重要的環節，實際中輪胎的承載是一個非常復雜的過程，要想精確的模擬輪胎在實際工作中的受力是相當困難的。建模過于復雜，會導致分析不收斂，難以求解，建模過于簡單，又會失去分析的實際意義，因此建一個適當的模型非常重要。

3.1 約束的施加

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

（2）與輪輞接觸的面和輪胎中心連接在一起，并設定剛性約束。

（3）地面設置成剛性面，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置接觸對，接觸類型是3D-Solid，接觸性質摩擦接觸，摩擦系數設置成0.3。

（5）不同部位的橡膠簡化成一種橡膠材料，采用Mooney-Rivlin橡膠材料分析模型，模型參數由試驗測得的實際值輸入ADINA軟件中擬合得出。

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

（7）胎圈鋼絲簡化為碳鋼材料。

3.2 載荷的施加

根據輪胎實際受力情況施加了兩個載荷。

（1）輪胎的載重，這是變化的載荷，根據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，進而作用于輪胎上，初始設置為標準值33 810 N（3 450 kg），作用方向沿Y軸正向。

（2）輪胎的氣壓，作用于輪胎內表面，初始標準氣壓設置為760 kPa。

3.3 其他參數設置

輪胎承載是大變形、幾何非線性，分析類型

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

（2）Control-Analysis Assumption-mass matrix，將mass matrix設置為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 結語

輪胎模型建立后就可以根據模擬條件進行模擬運算了。模型建立的質量高低，直接決定著輪胎分析數據的真實性。因此，建立合適的輪胎模型既能提高運算速度，又能獲得相對誤差較小的模擬數據。

（R-03)

玲瓏輪胎為各國總理保駕護航

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

上海合作組織的前身是“上海五國”機制，"上海五國"機制發源于20世紀80年代末，以中國為一方和以俄、哈、吉、塔四國為另一方的關于加強邊境地區信任和裁軍的談判進程為目的。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。最高決策機構是成員國元首理事會，理事會每年舉行一次會議，迄今已舉行過15次。

作為本次峰會最高級別接待用車的一部分，玲瓏輪胎將為與會國家的各級領導、貴賓提供全程安全、貼心、周到的尊享服務，這也是繼APEC貿易部長會議、APEC海洋部長會議、白俄羅斯閱兵式、9月3日紀念反法勝利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舞臺，為各國總理保駕護航！

為玲瓏點贊！為中國品牌的崛起點贊！

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，青島科技大學教授，主要從事模具CAD的教學與科研工作。

2015-03-27