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汽车充气轮胎的路面滚动模拟(附完整命令流&模型文件)

芷行说

3年前浏览4355

感谢阅读，致力最好！

本文共1216字，11图。

预计阅读时间：6分钟。

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。

本技术案例展示了：

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

关键仿真模拟技术特征：

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。

一、轮胎模型建立

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。

二、轮胎内气体模型建立

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。

三、轮胎内纤维加强模型建立

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.

四、轮毂模型建立

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。

五、轮胎与路面接触模型建立

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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