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·设计·计算·研究·

子午线轮胎滚动阻力的数值模拟

丁剑平贾德民周小舒周锋

(华南理工大学)

【摘要】利用MSC．MARC软件对子午线轮胎的滚动阻力进行了三维有限元分析计算，对轮胎的胎体、带束层、胎
圈等部位采用了rebar膜单元以及rebar实体单元进行模拟，采用Yeoh材料模式描述橡胶材料：对特定的子午胎在
不同负荷、不同速度下的滚动阻力进行了预测，并将预测结果与实测值进行r比较。
主题词：子午线轮胎滚动阻力有限元法
中图分类号：U463．341文献标识码：A文章编号：1000—3703(2005)03-0023-03
NumericalSimulationofRadialTireRollingResistance

DingJianping，JiaDemin，ZhouXiaoshu，ZhouFeng

(SouthChinaUniversityofTechnology)
【Abstract]ThreedimensionalfiniteelementanalysisofradialtirerollingresistanceiscarriedoutwithMSC．MARC
software．Tirecore，threadplyandtirebeadaresimulatedwiththerebarmembraneelementandtherebarsolidelement，and

rubberisdescribedwithYeohmaterialmode．Rollingresistancesofaspecificradialtireunderdifferentloadsandveloci—

tiesarepredicted，andthepredicationresultsarecomparewithtestresults．

Keywords：Radialtire，Rollingresistance，Finiteelementmethod

轮胎的滚动阻力由车辆技术状况、路面参数、轮轮胎的有限元分析模型。在有限元模型中，橡胶分别
胎结构参数和车速等因素决定。其中轮胎的结构、轮用二维轴对称实体Herrmann单元以及三维实体
廓形状、气压、承受的负荷、轮胎材料的性质对滚动Herrmann单元离散。轮胎的冠带由尼龙帘线／橡胶
阻力有着根本的影响。对不同车辆的轮胎滚动阻力复合而成，胎体由尼龙帘线／橡胶或聚酯帘线／橡胶
进行分析，可提高轮胎的使用性能，降低运输成本。复合而成，轮胎的带束层由钢丝／橡胶复合，轮胎的
利用三维有限元分析法，在静态分析的基础上，钢丝圈则由单根钢丝附胶缠绕而成，采用rebar单
对不同结构参数的轮胎，在不同负荷、不同车速和不元描述。
同气压下的滚动半径及滚动能量损耗等进行了详细对于橡胶类超弹体材料，其材料的本构关系通
的计算及讨论。常用Rivlin提出的应变能函数来描述，其表达式为：

1．’
1轮胎结构的有限元模型：c(，t一3)(，2—3(，3一1)(1)

由于轮胎结构复杂、材料品种多，如分为橡胶钢式中，应变不变量，I、，2、厶分别定义为：
丝帘线、尼龙帘线和聚酯帘线等，其中橡胶又分有胎
，l=A。+A，+A(2)
面胶、胎肩胶、胎侧胶、三角胶、胎圈护胶、气密层胶
，2=(Al+A2)+(A2+A3)+(A3+A1)(3)
以及与骨架材料复合的各种基体橡胶；而胎体、带束
层、胎圈则由不同角度的帘线／橡胶复合材料构成。I3=A．A，A(4)
采用二维带花纹沟的有限元模型，分析了轮胎的充式中，C为常数；A=(1i+u)／l(i=1，2，3)，为一个小
气变形状态；采用三维带有四条纵沟的有限元模型，的体积单元各方向的伸长率；为i方向的伸长量；
分析了轮胎的稳态滚动状态。Z为i方向的初始长度。
以175／65R14规格子午胎为例，模拟分析了在对理想不可压缩材料：
气压为250kPa时，不同负荷和行驶速度条件下子I3=1(5)
午胎滚动阻力的变化情况，以及负荷为500kg、速度于是式(1)简化为：
为70km／h时滚动阻力随气压的变化情况。图1是
=∑c(，广3)(3y(6)

2005年第3期一23—

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——_．～负荷预测500kg一．●一．负荷实测500kg
3轮胎滚动阻力测试方法简介负荷预测400kg一--一负荷实测400kg

由于车辆轮胎的滚动阻力由车辆、路面、轮胎和
车速等方面的因素决定，因此可依据功率平衡法按
给定的车况、路面、轮胎参数和车速进行道路行驶测
试。

4结果及讨论

图3为轮胎稳态滚动状态的变形情况示意图。
图4反映的是不同负荷、不同速度下滚动半径的实

测值与预测值的比较，从中可见滚动半径随速度的速度／kin·h
增加而增大