子午线轮胎凸块冲击特性仿真分析与评价-绵羊汽车生活记录

轮胎的减振功用行为整车减振编制的第一闭节，其职能对整车的利用性、满意性有着厉重的影响。正在轮胎的打算阶段，不光要研商轮胎的静态性格，还应试虑轮胎的瞬态性格。凸块攻击试验是轮胎瞬态性格试验最为厉重的试验之一[1] ，通过获取各个速率工况下轮轴力的相应，可能举办轮胎瞬态性格的评判。以是，对该试验举办仿真认识具有厉重的工程事理。管迪华等[2] 编制先容了用于轮胎凸块攻击性格仿真认识的众种模子，搜罗F-Tire模子、SWIFT模子、有限元模子等。费瑞萍[3]以F-Tire模子为基本，欺骗ADAMS软件对轮胎的凸块攻击性格举办了仿线] 基于刷子模子，欺骗ADAMS对轮胎瞬态攻击职能举办了商酌。比拟于其它模子，有限元模子可能周到表达轮胎的内部组织，具有预备精度高，获取结果音讯详明的长处。额外是近年来，跟着预备机技艺的高速发达，有限元表面一向圆满，运用有限元格式商酌轮胎瞬态攻击性格的恶果大幅晋升。WE等[5]和KAO[6]欺骗有限元格式对轮胎的瞬态性格举办仿真认识,但轮胎有限元模子过于简化，也没有研商轮辋的影响。

本文以215/60 R16型号的轮胎为商酌对象，欺骗有限元软件ABAQUS设备轮胎有限元模子，举办轮胎径向刚度和包覆刚度的仿真与对标。正在确定轮胎有限元模子静态性格合理性的基本上，对轮胎凸块攻击试验举办仿真认识，并通过与对应考验结果的斗劲，确认轮胎瞬态职能有限元仿真认识格式的无误性。

起初，正在ABAQUS中采用轴对称格式设备轮胎二维有限元模子，并正在二维模子中实现轮辋安设和轮胎充气（0.21MPa）。

然后通过*SYMMETRIC MODEL GENERATION，REVOLVE号召挽回天生三维有限元模子，并将二维预备结果举办转达。此时，二维轴对称橡胶单位转嫁为三维实体橡胶单位，单位类型由CAX4R与CAX3转嫁成C3D8R与C3D6。采用fluid-cavity格式界说轮胎内压，必要正在胎圈与网格化的轮辋之间设备一层薄壳单位，使轮辋与轮胎内外面变成紧闭腔。带束层、冠带层等橡胶个人内嵌的钢丝、尼龙帘线采用 rebar单位筑模。挽回天生的轮胎三维有限元网格模子如图1所示。

轮胎的原料厉重由三个人构成，别离为橡胶、帘线钢丝和帘线尼龙。因为本文涉及轮胎的静态性格和瞬态性格的仿真认识，是以既要研商橡胶的超弹性性格又要研商橡胶的粘弹性性格。

式中：U 为应变能密度；Ci0与Di 为原料常数，别离与橡胶的剪切性格与压缩性格相闭；Jel为弹性体积比，弗成压缩原料其值为1；I1为第一偏应变稳固量。通过拟合橡胶单轴拉伸试验弧线等YEOH原料模子的参数值。采用归一化的prony级数[7]刻画橡胶的粘弹性性格，时域归一化 prony级数刻画为：

轮胎的静态性格是商酌瞬态性格的基本，研商到凸块攻击试验中凸块尺寸斗劲小，轮胎越过凸块时会爆发包覆凸块地步，是以轮胎有限元模子的静态性格评判搜罗径向刚度和包覆刚度。

径向刚度仿线个自正在度的基本上，晋升途面杀青径向加载。提取轮辋核心点的径向支反力与途面位移，取得径向刚度弧线径向刚度性格弧线图

轮胎的包覆刚度仿线个自正在度，然后晋升途面杀青轮胎径向加载后，孤独晋升凸块10mm，杀青包覆刚度仿真认识。提取凸块晋升阶段的轮辋径向支反力与凸块位移，取得图3所示的包覆刚度弧线包覆刚度性格弧线图载荷F/N

为了给仿真任务供给对标试验依照，正在高速转胀试验机前进行了轮胎的凸块攻击试验。转胀试验机的道理如图4所示。

试验机转胀的直径为2m，是以轮胎正在转胀上的越障相应可能近似模仿轮胎正在水准途面上越过阻拦物[9] 。转胀核心A,轮胎核心B以及编制固定点C位于一条直线上，由转胀转动驱动轮胎转动。安设正在转胀上的凸块尺寸为25×25 mm，足够的刚度保障与轮胎攻击时不爆发鲜明变形。

（1）将轮胎安设正在轮辋前进行充气，充气压力为0.21MPa。静止5h 后，将轮胎安设正在转胀试验台上。

（2）参照图4，向转胀核心偏向转移轮辋，杀青3384N 的径向加载并纪录此时轮辋的位移量，然后开释位移以扫除轮胎与转胀之间的法向载荷。

（3）将凸块安设正在转胀上，转动转胀使其外面切向速率抵达10km/h，再转移轮胎直到轮辋的位移抵达第二步中纪录的位移值后，束缚轮辋核心的垂向自正在度。

（4）待轮胎进入自正在滚动状况后，提取众个相连周期的轮胎轮轴力，取均匀值取得轮轴力的工夫过程即为轮胎凸块的攻击相应。

途面与阻拦物采用解析刚体筑模，而且将凸块固定正在途面上。为抬高仿真认识精度，对也许与凸块接触的个人轮胎网格举办了周向细化，以此设备的轮胎滚动越障仿线轮胎滚动越障仿真模子

轮胎瞬态性格仿真认识需欺骗ABAQUS软件的显式求解格式。正在轮胎显式滚动认识之前，采用ABAQUS/Standard中的稳态传输功用，欺骗拉格朗日- 欧拉混淆算法，取得轮胎以特定速率滚动的自正在状况[10] ，行为显式滚动仿真认识的初始条目。

正在稳态传输认识模子中，用TRANSPORT VELOCITY选项界说轮胎原料通过模子网格的转动速率，用MOTION选项界说转移参考坐标系的水准运动速率，即轮胎的平动速率[11] 。举办一次制动与驱动认识，取得此历程中轮胎所受摩擦力为0或者轮胎纵向力为0时对应的转速，即轮胎自正在滚动转速[12] 。正在滚动速率为10km/h、垂向载荷为3384N的条目下，求得自正在滚动角速率为 8.61rad/s，如图6所示。

采用图7的认识流程，举办正在10km/h工况下的轮胎越障仿真认识，并从认识结果平分别提取轮胎越障历程的轮轴纵向力和垂向力。

由图8可知，轮胎越障历程中，轮轴纵向力经过了一个周期相仿正弦波的振动，而轮轴垂向力发挥为半个周期的正弦波振动。轮轴垂向力与纵向力的仿真结果与对应考验结果基础相似，分析了轮胎瞬态性格有限元仿真认识格式的有用性。

起初，欺骗ABAQUS设备了轮胎有限元模子，运用有限元隐式认识格式举办了轮胎静态性格的仿真，通过刚度试验验证了轮胎静态性格的合理性。然后，运用有限元显式认识格式，对轮胎凸块攻击试验举办了仿真认识和评判。轮胎越障历程中，轮轴纵向力和垂向力工夫过程与试验结果高度相似，分析了轮胎越障地步有限元仿真认识格式的有用性，为整车越障历程有限元仿真评判供给了厉重基本。

sed on F-TIRE and Correlation to Experimental Data［C］ //SAE Technical Papers，2004-01-1575．

[2]管迪华，范成筑. 用于不屈途面车辆动力学仿真的轮胎模子综述 [J]. 汽车工程，2004，26（2）：162-167.

GUA Dihua，FAN Chenjian. A Review of Tire Models for Vehicle Dynamics Simulation on Uneven Road [J]. Automotive Engineering，2004，26（2）：162-167. （in Chinese）