前言

这个案例给出了“如何对固体容器包围的流体进行有限元建模”的一般方法,并展示容器上不同的载荷条件对内部流体压力,体积,密度质量等的影响作用。学习此案例可以扩展到其他案例,例如,在流固耦合问题中对流体压力,体积,密度质量的监测。在实际工程应用中例如:汽车发动机气缸活塞运动内部气体各项指标的变化、气罐充气过程模拟等。轮胎受车辆重力载荷压缩
轮胎充气模拟
轮胎与路面接触模拟滚动
流体静力学单元的建立
气体材料模型建立
加强单元使用(REINF265)
计算结果

轮胎充压(右)与不充压(左)变形结果:

轮胎滚动模拟变形结果:

模型建立

为模拟实际情况,轮胎尺寸采用小型轿车尺寸建立几何模型。
采用SOLID186实体单元建立,先建立轮胎2D截面,后通过对轴旋转成体。

采用HSFLD242流体静力学单元建立,先选择轮胎内壁单元,采用EURF命令在轮胎内壁与轮胎中心点之间生成气体单元。ESURF, XNODE, Tlab, Shape
!Generates elements overlaid on the free faces of existing selected elements
实际中,轮毂区域不该存在气体单元,如图示,因此指定这部分单元为负体积气体单元,以忽略该部分单元的影响。

采用REINF265加强单元建立。选中轮胎外表面单元,采用ereinf命令定义加强单元。
EREINF
!Generates reinforcing elements from selected existing (base) elements.

轮毂模型为刚体构件,因此采用多点约束模型对相应节点进行刚体约束建立,如图将轮毂上的节点与轮胎中心点采用多点约束建立刚体约束。
将轮胎外表面单元定义为CONTA174单元,将路面定义为TARGE170单元,建立面面接触。材料参数
材料定义主要涉及:轮胎的超弹性材料,气体材料,轮胎内加强纤维材料。
轮胎橡胶材料(Mooney-Rivlin超弹性材料)
气体材料

轮胎纤维加强材料(钢)

边界&载荷条件

约束轮胎中心节点的所有自由,由于轮毂节点与轮胎中心节点为刚体约束,也就是说,轮毂被约束。
求解设置

/solu
antype,trans
!solcontrol,on,on
pscontrol,all,off
nlgeom,on
trnopt,full, , , , ,HHT
tintp,0.15 !amplitude decay factor or numerical damping
本文载荷加载的关键在于对流体静力学单元(HSFLD242)的理解,篇幅有限,关于HSFLD242单元这里不详细展开,有兴趣的朋友可以私信互相交流学习。
载荷步1(静态):模拟车辆重力,施加1吨重力,静力学计算,关闭瞬态效应。
这里进行非线性计算需要用cnvto命令设置收敛值。timint,off
acel,0.,9810,0.
bf,1,temp,20
nsubst,1,100,1
time,1
cnvtol,f
cnvtol,dvol
cnvtol,u
cnvtol,hdsp
outres,all,all
solve
载荷步2(静态):给轮胎充气
kbc,0
d,1,hdsp,0.2482128 !36 psi = 0.2482128 N/mm^2
nsubst,10,100,1
time,2
outres,all,all
solve
载荷步3(静态):轮胎下移与路面接触
d,1026,uy,-50
nsubst,100,1000,10
time,3
outres,all,all
solve
载荷步4(静态):移除所有压力和位移载荷
ddele,1026,uy,,,force !remove boundary conditions
ddele,1026,rotx,,,force
ddele,1026,roty,,,force
ddele,1026,rotz,,,force
ddele,1,hdsp !remove pressure boundary condition
nsubst,10,100,1
time,4
outres,all,all
solve
载荷步5(瞬态):施加加速度条件
timint,on
kbc,1
midtol,on,1.e6 !set high tolerance to allow large increments
d,1026,accz,-1400.0 !acceleration boundary condition
nsubst,10,1000,10
time,5
outres,all,all
solve
finish
全文结束,感谢阅读。
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