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王惠_HyperMesh在子午线轮胎三维非线性有限元分析的应用.pdf

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Altair2009HyperWorks技术大会论文集 HyperMesh在子午线轮胎三维非线性 有限元分析中的应用 王惠丁峻宏韩轩 上海超级计算中心 1 Altair2009HyperWorks技术大会论文集 HyperMesh在子午线轮胎三维非线性 有限元分析中的应用 HyperMeshApplicationinRadialTire3D Non-LinearFiniteElementAnalysis 王惠丁峻宏韩轩 （上海超级计算中心上海201203） 摘要：在HyperMesh中建立子午线轮胎的三维非线性有限元模型，用ABAQUS软件的非线性 分析技术对子午线轮胎进行了有限元分析。考虑了轮胎的几何非线性，材料非线性，橡 胶-帘线等复合材料的各向异性以及轮胎与地面的接触非线性，，给出了轮胎与地面接触过 程中轮胎的变形情况，接触区域形状以及带束层应力分布情况。对子午线轮胎的设计和改 进具有一定的指导意义。 关键字：HyperMesh，子午线轮胎，非线性，有限元分析 Abstract:A3Dnon-linearfiniteelementmodelofradialtirewithcontactwithpavement isestablishedusingHyperMesh,radialtire’sfiniteelementanalysisiscarriedoutusing ABAQUS.Withconsiderationsoftire’sgeometrynon-linearity,materialnon-linearity, anisotropyofrubber-cordcompositematerialandnonlinearcontactoftire-pavement, deformationofthetireandtirebeltlayer’seffectivestressarecalculatedandcontact regioncontourarealsodescribedwhichgiveshelpfulreferencetoradialtirestructural designandimprovement. Keyword:HyperMesh,radialtire,non-linear,finiteelementanalysis 1引言 轮胎是汽车和路面间传递力和力矩作用的唯一部件，具有优良的变形恢复能力和地面贴 附能力，可以分散汽车对路面的压应力，降低汽车运动的能量损失，缓和行驶冲击，改善载荷 条件等。轮胎的力学特征在在车辆动力学特性的研究中具有极其重要的地位。 随着轮胎力学和计算机技术的发展，有限元分析方法已经广泛应用于轮胎研究和设计 中。轮胎有限元分析的关键是轮胎力学模型的建立，包括轮胎材料、变形、接触条件和结构 的准确模拟。在建立轮胎有限元结构分析模型时，要考虑轮胎工作时存在的几何、材料和边 界条件的非线性等。 子午线轮胎是由橡胶与橡胶基复合材料组成的柔性层合结构。本文在HyperMesh中建立 子午线轮胎的三维非线性有限元模型，用ABAQUS软件的非线性分析技术对子午线轮胎进行 了有限元分析。考虑了子午轮胎材料的非线性和不可压缩性，带束层-橡胶复合材料的各向异 性，轮胎大变形导致的几何非线性以及轮胎和路面接触的非线性边界条件，建立子午线轮胎 与地面接触的三维非线性有限元计算模型，得出了轮胎各部分的变形和应力情况以及接地印 痕分布情况，为进一步研究子午线轮胎动态接触分析和结构优化设计奠定了基础。 2子午线轮胎模型的建立 2 Altair2009HyperWorks技术大会论文集 2.1几何模型简化 轮胎由橡胶和帘布层等多种材料压制而成，具有多层结构，其断面几何形状异常复杂。 为建立合理的适合运算的有限元模型，需要对轮胎结构进行适当的简化。经过简化后的子午 线轮胎主要包括胎面胶，胎侧胶，胎体，带束层，三角胶，钢丝圈等，如图1所示。 图1简化的轮胎几何模型 2.2网格划分 网格划分对模型的求解成果与否有着决定性的影响，网格的密度决定了有限元模型的规 模，从而决定运算时间和精度。网格质量的好坏对求解的收敛性起决定性的影响。为了提高 网格划分质量，对一些部位过小的尖角进行合理的网格优化。在与地面接触的轮胎部分，网 格适当加密，所得网格全为结构化六面体网格。轮胎有限元模型如下。由于轮胎的对称性， 计算模型采用1/2模型计算，共计单元21840个，节点28779个。 图2轮胎网格模型 2.3材料模型 轮胎结构的基本材料有三种，橡胶，纤维和钢丝，可以分为两类，即单一材料和复合材 料。单一材料是把基本材料直接用作结构