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基于rebar单元的载重子午线轮胎模型建立及验证

2007/12/19    来源:万方数据    作者:应世洲  陈方  王国林      
关键字:子午线轮胎  有限元分析  棋型  reber单元  
运用ABAQUS软件针对12. 00R20载宜子午线轮胎建立三维有限元分析模型后.进行装配、充气和静态加载仿真模拟分析。通过与实际轮胎的加载试脸结果进行比较,证明了所建模型的有效性,为进一步分析轮胎的力学特性其定了基础。

随着计算机技术的飞速发展,以有限元法为核心的计算机辅助工程软件(CAE软件)在轮胎设计和分析中得到迅速应用.世界各大轮胎公司普遍利用CAE软件在计算机上建立数字轮胎模型,模拟轮胎静态、动态过程及轮胎的实际使用伏况,从而在设计阶段就获得轮胎的各种静力学及动力学特性。

 

轮胎是由橡胶和骨架材料组成的一种十分复杂的柔性结构.轮胎模型建立得是否准确对进一步的分析起着至关重要的影响,因此建模的方法很重要.本文采用有限元商业软件ABAQUS基于rebar单元建立载重子午线轮胎12.00R20的有限元模型.通过对比分析试验测得的载荷一下沉量曲线和仿真模拟得到的曲线,进一步确认该建模方法的可行性。

 

1有限元模型的建立

 

1. 1模型简化

 

为了提高计算效率,对模型作了如下简化:

 

(1)忽略防擦线、标志线等。

 

(2)忽略横向花纹的影响;

 

(3)忽略0度带束层与第3带束层间的间隙(见图1);

 

(4)由于气密层很薄,如果也对其进行网格划分,则网格的质量较差,因此将该层与内衬层合并为一层划分网格;

 

(5)考虑到胎肩垫胶和胎冠基部胶用的是同一种胶料,因此将这两处合并进行网格划分。

 

1. 2帘线一橡胶复合材料模型建立

 

为了分析帘线一橡胶复合材料的力学性能,本研究采用在橡胶实体单元中定义rebar单元的方法,其中实体单元模拟橡胶的力学性能,rebar单元模拟钢丝帘线的力学性能,这样大大方便了模型的建立。

 

ABAQUS中有两种方法定义rebar单元,一种是直接将rebar单元定义在橡胶实休单元内,如图2所示,图中橡胶基体单元的节点编号依次为1,2,34(图中实线表示轴对称单元的边,虚线是为了表示帘线铺设方向而画的辅助线),由节点编号顺序所决定的单元边的编号为edgel,edge2,edge3edge4,帘线铺层和橡胶基体单元的交线位置是可以定义的,该交线还规定了正方向以便定义rebar的方位,因为交线总是要与基体单元的两条边相交,根据交点所在的单元边的编号定义交线的正方向,即边的编号由小到大的方向为正方向。

 

另一种方法是先将rebar单元定义在面单元上,再将面单元嵌人到相应的橡胶实体单元内,如图3所示。图中1方向是整体坐标轴x轴向该面单元投影得到的,图中所示的局部坐标满足右手规则。在模型中还可以定义钢丝帘线的帘线角、帘线间距、单根钢丝的截面积及钢丝截面中心距面单元中面的距离,如图4所示,帘线角度为1方向与实际钢丝帘线铺设位置的夹角,即所要定义的rebar角。

 

经过比较分析发现,运用第2种方法最大的优点在于可以减少橡胶实体单元网格划分的困难,因为在橡胶实体单元网格划分中帘布层的位置由面单元来准确模拟。其次,可以分别定义橡胶基体单元和钢丝帘线的材料参数,因此本研究均采用第2种方法模拟钢丝帘线,材料参数由试验得到。

 

 

责任编辑:童伟
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