[发明专利]一种轮胎胎面磨耗仿真建模方法、应用、设备和计算机软件产品

说明书

本发明涉及轮胎有限元仿真建模及分析方法领域，一种轮胎胎面磨耗仿真建模方法、应用、设备和计算机软件产品。该方法仅需建立带花纹沟的轮胎2D有限元模型，将其绕轮胎中心轴旋转360°，即可生成带条形花纹的轮胎实体模型，再以该模型进行轮胎磨耗仿真分析，无需进行花纹绑定。该建模方法过程简单，可有效缩短带花纹轮胎3D建模时间，解决轮胎磨耗仿真建模复杂程度高的问题，提高轮胎磨耗分析效率。同时可模拟轮胎在复杂工况条件下的行驶状态，计算轮胎在复杂工况下的摩擦功。且该建模方法不需要技术人员十分熟悉三维设计，实施成本低。

技术领域

本发明涉及轮胎有限元仿真建模及分析方法领域，尤其涉及一种带条形花纹的轮胎胎面磨耗仿真建模方法及分析方法，适用于全钢、半钢子午胎、斜交胎、工程胎等各种轮胎的胎面磨耗行为有限元仿真建模及分析。

背景技术

磨耗是评价轮胎性能的一个重要指标，关系到轮胎的安全性和使用寿命。轮胎磨耗性能受材料、结构、路面条件、驾驶习惯等多种因素的影响，磨耗行为十分复杂。轮胎磨耗的主要原因是胎面和路面发生相对滑移。早期对轮胎磨耗行为的研究多以试验为主，但磨耗试验周期长，研究成本高。随着计算机技术的发展，有限元仿真分析方法在轮胎磨耗研究方面得到广泛应用。

传统的轮胎磨耗有限元计算建模方法主要分为以下步骤：1、将轮胎分为光面胎和花纹两部分；2、建立光面轮胎单节距实体模型；3、建立3D花纹模型：将2D花纹展开俯视图装配到光面轮胎实体模型上，并进行延伸和修剪，得到冠部花纹面，再将所做的面进行缝合；4、用缝合的片体对实体进行修剪得到单节距实体；5、通过阵列几何特征得到完整的带花纹轮胎3D模型。这种建模方法中花纹与实体轮胎的绑定过程十分繁杂、花费时间长，且只能计算轮胎在单一工况行驶的摩擦功，无法准确描述轮胎实际使用过程中加速、减速等不同工况条件下的磨耗情况。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种轮胎胎面磨耗仿真建模方法，该建模方法过程简单，可有效缩短带花纹轮胎3D建模时间，解决轮胎磨耗仿真建模复杂程度高的问题，提高轮胎磨耗分析效率。同时可模拟轮胎在复杂工况条件下的行驶状态，计算轮胎在复杂工况下的摩擦功。且该建模方法不需要技术人员十分熟悉三维设计，实施成本低。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种轮胎胎面磨耗仿真建模方法，该方法包括以下的步骤：

1)对带花纹沟的轮胎断面材料分布图进行网格划分，然后导入仿真软件；在仿真软件中输入轮胎材料属性及性能参数，建立轮胎单个断面2D有限元分析模型；

2)将带花纹沟的单个断面2D有限元模型绕轮胎中心线旋转360°，得到带纵向花纹的3D轮胎实体模型；

3)获取胎面每个节点的瞬态滑移距离U与剪切力F；计算第i个断面第j个节点的剪切合力合滑移

第i个第j个节点的摩擦功为：

4)建立有限元模型；

5)用磨耗后处理软件将轮胎分成若干个断面，其中n个断面与地面接触，故需将n个断面摩擦功数值拟合为1个断面；即轮胎断面各节点摩擦功为n个断面的总摩擦功该拟合断面的摩擦功即轮胎的摩擦功W_f＝∑W_ijf；

6)采用磨耗后处理方法，利用更新后的磨耗轮廓进行接触摩擦行为迭代计算；经过多次迭代，计算经过每一次行驶轮胎胎面的摩擦功分布情况；最终得到轮胎的摩擦功模型。

作为优选，所述步骤1)轮胎材料属性及性能参数包括材料本构特征、力学边界条件、轮胎结构参数、帘线膨胀系数。

作为优选，所述步骤1)橡胶材料选用Yeoh本构模型描述，骨架材料选用Rebar单元定义；橡胶材料的单元类型采用CGAX4H，骨架材料单元类型采用SFMGAX1；轮辋和路面定义为解析刚体，轮胎与轮辋、轮胎与路面分别采用罚函数接触算法。