[发明专利]一种快速计算轮胎滚动阻力的方法

说明书

本发明公开了一种快速计算轮胎滚动阻力的方法，所述方法包括如下步骤：步骤一、对轮胎进行负载仿真分析：对轮胎的材料分布图进行网格划分；对各部件材料赋予材料属性，建立轮胎有限元模型；给轮胎内衬层内表面施加额定的充气压力，进行充气分析；在充气分析的基础上，对轮胎施加额定载荷，进行轮胎负载分析，输出所有橡胶材料单元的应变能密度值；步骤二、提取轮胎一周处于相同位置不同角度的橡胶材料单元的应变能密度值，计算每个橡胶材料单元的应变能密度累积wsubgt;i/subgt;；步骤三、计算每个橡胶材料单元的能量损失hsubgt;i/subgt;；步骤四、计算轮胎的滚动阻力值R。该方法能够实现轮胎滚动阻力的快速计算，为轮胎滚动阻力的优化或改进提供支撑。

技术领域

本发明属于子午线轮胎技术领域，涉及一种轮胎滚动阻力计算方法。

背景技术

滚动阻力一直是衡量轮胎性能的重要基本指标之一，随着电动汽车对续航能力要求的提高，对轮胎滚动阻力的要求也越来越高。如何快速优化或改进轮胎滚动阻力是轮胎设计工程师面临的重要技术问题。快速优化或改进轮胎滚动阻力的基础是实现轮胎滚动阻力的快速预测，对轮胎滚动阻力的测量和评估主要有试验和有限元仿真方法，试验方法虽然能够准确获得轮胎滚动阻力值，但需制作轮胎并测试，成本高，周期长，与之相比的有限元仿真方法则成本低、周期短。目前对轮胎滚动阻力的仿真预测主要基于傅里叶变换方法，需要对仿真结果数据进行傅里叶变换，而后再进行处理，对于具有普通轿车轮胎，一般需要花费10分钟，对于卡客车轮胎则多至30分钟，这存在数据处理周期长的缺点，尤其是在程序自动优化时，一般需要进行上百个方案的计算，仅仅花费在傅里叶变换过程的时间就有数十个小时，效率较低。而根据轮胎滚动阻力的计算原理可知，轮胎滚动阻力的产生是由于橡胶材料变形过程中的能量损失，而变形能量损失与整体储存能量之间具有比例关系，因此可以利用提取仿真计算结果的橡胶材料能量计算滚动阻力，可在几秒内计算轮胎的滚动阻力，且与傅里叶变换方法相比具有足够的精度。

发明内容

为了解决上述基于傅里叶变换方法的仿真预测存在的问题，本发明提供了一种快速计算轮胎滚动阻力的方法。该方法能够实现轮胎滚动阻力的快速计算，为轮胎滚动阻力的优化或改进提供支撑。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种快速计算轮胎滚动阻力的方法，包括如下步骤：

步骤一、对轮胎进行负载仿真分析：

步骤一一、对轮胎的设计图纸(材料分布图)进行网格划分；

步骤一二、对各部件材料赋予材料属性，建立轮胎有限元模型；

步骤一三、给轮胎内衬层内表面施加额定的充气压力，进行充气分析；

步骤一四、在充气分析的基础上，对轮胎施加额定载荷，进行轮胎负载分析，输出所有橡胶材料单元的应变能密度值；

步骤二、读取轮胎一周处于相同位置不同角度的橡胶材料单元的应变能密度值，计算每个橡胶材料单元的应变能密度累积w_i：

其中，i为橡胶材料单元编号，k为轮胎断面总数，n为轮胎断面编号，abs()为绝对值，e_i,n为编号为i的橡胶材料单元在第n个断面时的应变能密度值；

步骤三、计算每个橡胶材料单元的能量损失h_i，对于简谐周期和非简谐周期应变，橡胶材料变形时损耗能量与弹性能量的比值为(2πtanδ)^1/1.75，因此可以据此获得橡胶材料单元的能量损失为：

其中，tanδ_i为第i个橡胶材料单元所属材料的损耗正切值；

步骤四、计算轮胎的滚动阻力值R：