[发明专利]一种使用虚拟轮辋的有限元轮胎仿真快速收敛方法、应用和程序产品

说明书

本发明涉及轮胎有限元仿真方法领域，尤其涉及一种使用虚拟轮辋的有限元轮胎仿真快速收敛方法、应用和程序产品，本发明通过建立等价虚拟轮辋模型，实现虚拟轮辋与轮胎接触位置的相对约束，来改变轮胎与轮辋的接触状态，可大大改善大应变、多工况，大载荷情况下轮胎有限元解析的收敛性。经过验证，使用虚拟轮辋与使用实际轮辋的仿真结果高度一致。该方法在保证了解析精度的前提下，提高了解析效率，缩短了研发周期。本发明适用于全钢、半钢子午胎，斜交胎，工程胎等各种轮胎有限元仿真。

技术领域

本发明涉及轮胎有限元仿真方法领域，尤其涉及一种使用虚拟轮辋的有限元轮胎仿真快速收敛方法、应用和程序产品，适用于全钢、半钢子午胎，斜交胎，工程胎等各种轮胎有限元仿真。

背景技术

轮胎是由多种不同种类橡胶、帘线及骨架材料等组成的复合体，所以当轮胎接地时，变形表现出了高度的非线性特性(几何非线性、材料非线性、边界条件非线性等)。轮胎的一些物理量，单纯依赖实测无法获取，随着有限元技术不断发展，有限元仿真在轮胎上得到了广泛的应用。但是由于轮胎的高度非线性，在利用隐式算法求解时，极易出现不收敛的情况。通过分析，我们发现，轮胎在大应变、多工况及大载荷情况下，接地区域附近轮胎与轮辋间容易发生滑移现象(接触约束不充分)是解析不收敛的根本原因。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供的一种使用虚拟轮辋的有限元轮胎仿真快速收敛方法，该方法通过建立等价虚拟轮辋模型，达到了实际轮辋的拘束作用效果，解决了轮胎在大应变、多工况，大载荷情况下，由于轮胎与轮辋现有接触约束方法导致的解析不收敛的难题。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种使用虚拟轮辋的有限元轮胎仿真快速收敛方法，该方法包括以下的步骤：

第一解析步骤：

1)建立带轮辋轮胎2D轴对称初始模型；

2)为初始模型定义橡胶材料模型及材料物性值；

3)为初始模型定义骨架结构及材料物性值；

3)充气到指定工况气压，进行仿真；

4)根据仿真结果，识别充气后轮胎与轮辋的接触位置，将这些节点设立为节点集RIM-NODES，作为虚拟轮辋的轮廓；

第二解析步骤：

5)在第一解析步骤，轮辋与轮胎最终嵌合位置处，将虚拟轮辋与轮胎的相对位置进行完全约束；

6)在气压为0Kpa的载荷条件下，进行仿真；

7)导出此时轮胎上所有节点的节点坐标，并使用这些节点坐标更新初始模型，生成使用虚拟轮辋的2D轴对称新模型；

第三解析步骤：

8)使用第二解析步骤生成的新模型，作为轮胎初始断面结构模型，并将虚拟轮辋刚体化，设定刚体参考点；

9)根据指定工况进行进一步充气及接地解析。

作为优选，所述步骤2)中定义的橡胶材料模型及材料物性值包括：杨氏模量、泊松比、胶料密度和胶料粘弹性系数；步骤3)中定义的骨架结构及材料物性值包括：帘线结构形状、帘线直径、帘线间距和角度。

作为优选，所述步骤9)所述的充气及接地解析包括以下步骤：

2D充气解析：

9.1)对虚拟轮辋进行完全约束；

9.2)充气到指定工况气压；

3D接地解析：

9.3)将2D轴对称充气解析的结果传输到3D中，并旋转生成3D轮胎模型；