轮胎承载有限元模拟分析模型的建立

胡海明，李辉

（青岛科技大学机电工程学院 山东省高分子材料先进制造技术重点实验室，山东 青岛 266061）

轮胎承载有限元模拟分析模型的建立

胡海明，李辉

（青岛科技大学机电工程学院 山东省高分子材料先进制造技术重点实验室，山东 青岛 266061）

通过对轮胎承载进行有限元模拟分析，可以计算出轮胎截面应力、应变等各项数据，从而可以优化轮胎结构。这对提高轮胎设计具有重要意义。

轮胎；模拟；建模

轮胎性能优化对提高轮胎承载力，减小轮胎应力、应变，减少滚动阻力等方面具有重要作用。本文对轮胎有限元模拟中的轮胎建模进行了阐述。

1 建立二维模型

在AutoCAD建立轮胎二维截面图，同时建立地面模型。把保存的截面图导入到UG中。 导入后的图形根据轮胎的组成分成不同的部分，有胎冠、胎侧、带束层、内衬层帘布、胎圈等，每一部分单独做成一个片体。由于轮胎截面图是由许多线段组成的，为了在生成实体时能分成不同的面，对每一部分中的片体还需细分，每一部分中单独的一条线段都要做成一个片体，然后以一个部分为单位进行缝合，最后缝合所有的片体。

例如胎冠顶部是由8条线段组成的，在做片体的时候就要以每一线段为单位做一个片体，共做8个片体，这样在后面做轮胎与地面接触的时候就会生成单独的面，方便定义边界条件和施加载荷。每一部分的片体做完以后还要进行面链接操作，因为每一部分的不同片体之间是有界限的，如果不进行面链接操作，一个独立的部分就会被分成许多块，这样在进行三维建模的时候就会形成许多实体，比如胎冠，如果不进行面链接，在三维建模的时候就会生成8个实体，而不是一个整体的胎冠。

保存做好的片体模型。保存之后导出参数化实体Parasolid文件，也就是能被ADINA识别的*.x-t文件。

2 建立三维模型

在ADINA中导入生成的*.x-t文件。

（1）导入后的模型系统默认生成两个体，轮胎截面为一个体，地面为一个体，系统会自动命名为Body1、Body2，定义网格密度Meshing-Meshing Density-Face，划分模型网格。

划分完网格之后就要对轮胎进行三维建模，建模的步骤和划分网格的步骤相似，对轮胎截面中每个面依此建模，轮胎形成之后再对地面建模，最后形成分析的模型。

（2）模型转换成实体。

3 施加约束和载荷

轮胎承载模型的简化是轮胎建模过程中一个非常重要的环节，实际中轮胎的承载是一个非常复杂的过程，要想精确的模拟轮胎在实际工作中的受力是相当困难的。建模过于复杂，会导致分析不收敛，难以求解，建模过于简单，又会失去分析的实际意义，因此建一个适当的模型非常重要。

3.1 约束的施加

（1）轮胎所在的轮轴简化为一个刚性点，也叫轮胎中心，载荷通过这个中心作用于轮胎上。

（2）与轮辋接触的面和轮胎中心连接在一起，并设定刚性约束。

（3）地面设置成刚性面，不考虑地面厚度的影响，采用完全固定方式。

（4）轮胎外表面和地面设置接触对，接触类型是3D-Solid，接触性质摩擦接触，摩擦系数设置成0.3。

（5）不同部位的橡胶简化成一种橡胶材料，采用Mooney-Rivlin橡胶材料分析模型，模型参数由试验测得的实际值输入ADINA软件中拟合得出。

（6）带束层钢丝帘线和内衬层钢丝帘线简化为一种材料模型，这种材料性能介于橡胶和钢丝之间，偏向于钢丝，材料参数由试验获得。

（7）胎圈钢丝简化为碳钢材料。

3.2 载荷的施加

根据轮胎实际受力情况施加了两个载荷。

（1）轮胎的载重，这是变化的载荷，根据轮胎载重的多少改变载荷值的大小，此载荷通过轮胎中心直接作用在与轮辋接触的面上，进而作用于轮胎上，初始设置为标准值33 810 N（3 450 kg），作用方向沿Y轴正向。

（2）轮胎的气压，作用于轮胎内表面，初始标准气压设置为760 kPa。

3.3 其他参数设置

轮胎承载是大变形、几何非线性，分析类型

（1）Control-Analysis Assumption-Kinematics，Displacement/Rotation设置为Large。

（2）Control-Analysis Assumption-mass matrix，将mass matrix设置为lumped。

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

（4）选择Dynamics-Implicit分析模块。

4 结语

轮胎模型建立后就可以根据模拟条件进行模拟运算了。模型建立的质量高低，直接决定着轮胎分析数据的真实性。因此，建立合适的轮胎模型既能提高运算速度，又能获得相对误差较小的模拟数据。

（R-03)

玲珑轮胎为各国总理保驾护航

2015年12月14～15日，2015上海合作组织成员国元首理事会将在河南郑州举行，配套玲珑轮胎的红旗L5作为会议指定用车，将再次成为世人的焦点，全情助力本次峰会的成功举办！

上海合作组织的前身是“上海五国”机制，"上海五国"机制发源于20世纪80年代末，以中国为一方和以俄、哈、吉、塔四国为另一方的关于加强边境地区信任和裁军的谈判进程为目的。目前，上海合作组织成员国包括哈萨克斯坦、中国、吉尔吉斯斯坦、俄罗斯、塔吉克斯坦和乌兹别克斯坦，是永久性政府间国际组织。最高决策机构是成员国元首理事会，理事会每年举行一次会议，迄今已举行过15次。

作为本次峰会最高级别接待用车的一部分，玲珑轮胎将为与会国家的各级领导、贵宾提供全程安全、贴心、周到的尊享服务，这也是继APEC贸易部长会议、APEC海洋部长会议、白俄罗斯阅兵式、9月3日纪念反法胜利70周年阅兵式等重大事件后，玲珑轮胎再次精彩亮相国际级舞台，为各国总理保驾护航！

为玲珑点赞！为中国品牌的崛起点赞！

本刊摘编自“玲珑轮胎”

（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，青岛科技大学教授，主要从事模具CAD的教学与科研工作。

2015-03-27