基于Abaqus轮胎建模仿真之胎体帘布反包高度分析（附视频教程）

导读：经市场调研发现，在市场轮胎退赔轮胎占配比中，因胎圈爆破而产生的退配比颇高，约占30%左右。胎圈爆破产生的原因主要是因为在轮胎的构造中，紧挨在一起的胎体帘布层与三角胶、耐磨胶的刚度相差极大，而且在位移趋势上，比较胎体帘布反包线与内侧胎体帘线之间方向相反，故此区域内产生极大的剪切变形，故导致胎圈爆破。

一、工况描述

此次研究依次取胎体帘布反包高度为0、30、80mm子午线轮胎基于有限元法对对反包端点的主应力、主应变及胎侧变形、下沉量进行研究。

反包高度为0

二、载荷设置

单变量仿真，除胎体帘布的反包高度不同，其余条件相同。

仿真条件如下：

• 标准充气压强：0.93 MPa

• 标准负荷为3730 N,稳态滚动线速度为60Km/h。

• 声腔采用自适应网格划分。

首先对轮胎材料进行定义：

分别对TREAD(胎面) 、BELTSKM(带束胶)、 INNERLINEAR(内衬层）、BEAD(钢丝圈)、RIMCONT(子口护胶)、SIDEWALL(胎侧)、CARCASS(胎体胶)、 BEADF(三角胶)、BELT（带束层）、PLY（帘布层）进行材料属性定义。

当反包端点S11主应力较大时，端点处容易发生横向裂口，故对反包高度为0，30,80mm的反包端点进行S11主应力、应变分析：

MAX:105.3

MAX:43.9

MAX:86.7

四、三维胎侧及下沉量分析

首先，关键字*SYMMETRIC MODEL GENERATION生成3D轮胎：

**刚性路面的建立（关键字*SURFACE,TYPE=CYLINDER ）

定义接触对（……自行定义）、轮辋属性：

三维负载充气胎侧分析：

（反包高度为80）

随胎体帘布反包高度的增加，胎侧负载变形逐渐减小。

三维负载充气下沉量分析：

（反包高度为0）

（反包高度为30）

（反包高度为80）

随胎体帘布反包高度的增加，胎面下沉量逐渐增大。

五、稳态滚动胎侧及下沉量分析

稳态滚动仿真基于欧拉-拉格朗日变换法进行（该方法利用轮胎结构的旋转对称性将稳态动力学问题转换成静力学问题。网格以常用的方式分配给轮胎,但是将轮胎的滚动看作是穿过网格的材料流动运动,类似于流体流动分析。这就要求有限元程序有适当的能力。该技术是由Becher等以及Padovan描述的。必须包括附加力来表示轮胎材料旋转质量的惯性作用,并且必须计算出与运动方向相切的胎面表面上的空间变化,以解释接地特性。给路面单元指定表示车辆的速度大小和方向。轮胎的胎面表面上的结点的速度通过轮胎的角速度及结点在胎面结点流线上的位置来进行计算。）

关键字采用*STEADY STATE TRANSPORT，不考虑粘塑性影响并将惯性打开。

roll tire计算中，先给定轮胎线速度、转动角速度然后提取轮胎轮心的力矩M,当轮胎稳态滚动的时候, 轮胎轮心的力矩M应该为0（在.dat文件查看NODE OUTPUT）。在实际操作中,需要不断的调节定义的ω值,使最终绕Y向的力矩M（RM2）在[-10,10]之内，此时为稳态滚动。

分别对0、30、80mm反包高度的子午线轮胎进行滚动仿真，根据输出结果对角速度值进行调整：

0mm时：角速度值55.8521：

30mm时：角速度值：55.8617：

80mm时：角速度值：55.9040：

RM2值皆在[-10,10]区间近似为0为稳态滚动状态。

稳态滚动胎侧分析：

（反包高度为0）

（反包高度为0）

（反包高度为30）

（反包高度为30）

（反包高度为80）

（反包高度为80）

随胎体帘布反包高度的增加，胎侧负载变形逐渐减小，胎面下沉量逐渐增大；

• 在反包高度为0,30,80mm三维负载胎侧变形为7.434mm,6.404mm,6.129mm，稳态滚动状态下胎侧变形为：7.407mm,6.351mm,5.418mm；

• 在反包高度为0,30,80mm三维负载胎面下沉量为6.730mm,6.844mm,6.969mm，稳态滚动状态下胎面下沉量为：6.528mm,6.816mm,6.938mm。

对比反包高度为0,30,80mm的三维负载胎侧变形与稳态滚动状态下胎侧变形可以看出稳态滚动状态下胎侧变形要小于三维负载胎侧变形；同样稳态滚动状态下胎面下沉量要小于

三维负载胎面下沉量。这是因为轮胎的刚度随速度的增加而增加，主要是侧偏刚度和回正刚度的增加导致。

以上就是本次胎体帘布反包高度分析的所有内容，这也是我在仿真秀平台独家发布的精品课《行业实战进阶·子午线轮胎建模仿真30讲》的部分内容，欢迎大家订阅。本文涉及的代码，其中（……自行定义）代表的inp文件（3个hm文件、12个inp文件）我会以附件形式放到仿真秀平台我的专栏（圆滚滚）的账号下的付费文章附件里面，欢迎大家订阅（小助手：分享本文到朋友圈超过2小时，且不屏蔽好友，截图发给仿真小助手可免费获取全部代码）。

五、子午线轮胎建模仿真30讲

受仿真秀平台邀请，自2021年3月起，我将在平台独家发布精品课《行业实战进阶·子午线轮胎建模仿真30讲》，希望可以让学员掌握轮胎建模仿真的一般流程和方法，包括二维充气仿真、3D负载仿真、自由模态仿真、负载模态仿真、稳态滚动仿真、频响分析仿真、五刚特性仿真，轮胎结构仿真。

以实际操作为主，适当的介绍一些基本的理论，让学员零基础也能掌握轮胎的建模仿真，独立完成轮胎的分析项目；

以下是我的课程安排，点击下图可以体验

1、课程适应人群

根据课程的总体规划，适合所有零基础新手学习的快速入门教程，具体包括一下人员：

• 有限元仿真入门级新手
• 理工科院校轮胎或橡胶研究方面的学生
• 轮胎公司从事轮胎仿真分析的工程师
• Hypermesh 和abaqus 软件学习和应用者

• 学习编写inp文件的新手

2、课程学习后的效果

我们有充足的理由相信，待认真学习此系列课程后，大家将有如下基本收获，或远超于此：

• 掌握基本的软件操作及模型显示控制

• 系统了解并掌握软件网格划分方法

• 系统掌握HyperMesh前处理的基本流程和思路

• 系统掌握inp文件编写的基本流程和思路

• 系统掌握Abaqus后处理的使用

• 系统掌握子午线轮胎建模和分析的基本流程和思路

所有订阅用户可以获得讲师的90天答疑专栏服务（可公开提问或私问），并且提供VIP群交流，后续可以根据用户需求开展免费的加餐直播。购买全套课程的用户可以获得全课程模型，PDF等资料下载服务。进群和开具发票请联系平台任意仿真小助手。

作者：圆滚滚，仿真秀专栏作者，擅长Hypermesh 文本编辑器 Abaqus 有限元结构强度分析，拥有复合材料分析多年有限元仿真计算经验。

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