CN104778313B - 一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法 - Google Patents
一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104778313B CN104778313B CN201510142710.2A CN201510142710A CN104778313B CN 104778313 B CN104778313 B CN 104778313B CN 201510142710 A CN201510142710 A CN 201510142710A CN 104778313 B CN104778313 B CN 104778313B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tire
- strain energy
- fatigue life
- energy density
- finite element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Tires In General (AREA)
Abstract
本发明提供了一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法，包括如下步骤：有限元模型的建立、有限元模型的计算及耐久工况仿真、应变能密度梯度的计算及绘制应变能密度梯度二维矢量图和评价及预测轮胎寿命；本发明通过采用应变能梯度模这一参数作为评价和预测轮胎疲劳寿命的指标，由应变能梯度模的最大值、方向和区域得出轮胎的疲劳寿命、裂纹方向和破坏区域，并建立了应变能梯度模最大值与疲劳寿命的关系式y＝‑104ln(x)+302.51，从而能够在轮胎结构材料设计初始阶段给予足够的指导。本发明所述的轮胎疲劳寿命评价及预测方法所需周期短、成本低且预测精度较高，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于轮胎性能评价领域，尤其是一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法。
背景技术
子午线轮胎的耐久性能直接关系到生产者、消费者的经济利益和生命财产安全，同时也是节能环保的一大课题，通常在转鼓试验台上按照经验性标准执行轮胎疲劳破坏试验以了解和评价轮胎耐久性能，但单一依靠试验既不能全面评价轮胎耐久性能，又无法在轮胎结构材料设计阶段给予足够的指导，而且试验的时间和经济成本很高，因此提出一种合理的轮胎疲劳寿命评价及预测方法具有重要的意义。
国内外目前主要采用应变能密度作为轮胎疲劳寿命及结构优化的评价指标，并建立轮胎寿命与应变能密度之间的半经验公式，然而该方法无法预测裂纹方向，且半经验公式忽略结构差异，实用性不高；KIM T W等基于断裂能密度或应变能释放率，采用虚拟裂纹闭合技术，在裂纹扩展方向判别方面取得精确度较高的结果，这种方法需要设置初始裂纹且难度和工作量大；SOUTH采用S-N试验曲线和FEA研究了两层含帘线的橡胶复合材料层间裂纹的生成和扩展，预测其疲劳寿命，由于获取轮胎S-N疲劳寿命曲线的试验周期长、成本高，大大地限制了S-N曲线在轮胎疲劳寿命预测中的应用。因此，在轮胎疲劳破坏形式和寿命预测方面还需进一步探索合适的物理量和评价方法。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法，结合有限元方法、数值分析方法和疲劳试验等，实现对轮胎疲劳破坏形式和寿命的有效预测。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法，包括如下步骤：
(1)有限元模型的建立：
截取轮胎的轮胎断面，所述轮胎断面经打磨处理、扫描后导入CAD，描绘出所述轮胎断面的所有部分，得到几何模型；采用Hypermesh软件对几何模型网格划分，建立有限元模型；
(2)有限元模型的计算及耐久工况仿真：
采用Abaqus软件对所述有限元模型分析、计算，进行耐久工况仿真；所述耐久工况仿真中静态加载工况的气压、载荷条件均与所述轮胎进行疲劳试验时的气压、载荷相同；
(3)应变能密度梯度的计算及绘制应变能密度梯度二维矢量图：
从所述有限元模型计算结果中选取不同接地中心断面的节点坐标以及相对应的应变能密度，通过MATLAB编程调用函数语句进行插值计算，得到节点坐标的应变能密度梯度，以此绘制相应接地中心断面应变能密度梯度二维矢量图；
(4)评价及预测轮胎寿命：
从各个接地中心断面所得到的应变能密度梯度二维矢量图中即可比较、确定出应变能梯度模最大值、其方向和区域；则所述应变能梯度模最大值与所述轮胎的疲劳寿命成反比；所述应变能梯度模最大值的方向对应所述轮胎的裂纹方向；所述应变能梯度模最大值的区域对应所述轮胎的破坏区域。
进一步的，步骤(1)中所述有限元模型在294000-298000个单元之间，315000-319000个节点之间。
进一步的，步骤(2)中所述有限元模型分析、计算过程中各参数如下：橡胶材料的本构模型为Yeoh模型，轮胎橡胶部分选用CGAX3H和CGAX4H单元模拟，橡胶-帘线部分选用SFMGAX1单元模拟，轮辋和路面定义为解析刚体。
进一步的，步骤(3)中所述接地中心断面选取为左胎肩、右胎肩、左胎圈和右胎圈。
进一步的，步骤(3)中所述插值算法为克里格法，所述MATLAB编程的网格间隙为0.2mm。
进一步的，步骤(4)中所述应变能梯度模最大值与所述轮胎疲劳寿命的关系式为：y＝-104ln(x)+302.51。
本发明的有益效果：
(1)本发明所述的轮胎疲劳寿命评价及预测方法采用应变能梯度模这一参数作为评价和预测轮胎疲劳寿命的指标，通过建立有限元模型，对有限元模型分析、计算，并采用MATLAB插值计算得到应变能密度梯度二维矢量图，进而得到应变能梯度模的最大值、方向和区域，由此得出轮胎的疲劳寿命、裂纹方向和破坏区域；因而能够在轮胎结构材料设计初始阶段给予足够的指导。
(2)本发明所述的轮胎疲劳寿命评价及预测方法所需周期短、成本低且预测精度较高，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明所述轮胎疲劳寿命评价及预测方法的流程图。
图2为实施例中轮胎断面的三维有限元模型。
图3为左胎肩应变能密度梯度二维矢量图。
图4为右胎肩应变能密度梯度二维矢量图。
图5为左胎圈应变能密度梯度二维矢量图。
图6为右胎圈应变能密度梯度二维矢量图。
图7为图5中应变能密度梯度模最大值所在位置的局部放大图。
图8为经疲劳试验后破坏区域的应变能密度梯度模最大值所在位置的局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法，包括如下步骤：
(1)有限元模型的建立：
选取11.00R20全钢载重子午线轮胎的轮胎断面，对其进行打磨处理、扫描之后导入CAD软件，描绘出该轮胎断面的所有部件，得到几何模型；采用Hypermesh软件对几何模型进行网格划分，并针对易破坏部位采用网格细化，建立该轮胎断面的三维有限元模型；
(2)有限元模型的计算及耐久工况仿真：
采用Abaqus软件对有限元模型分析、计算并进行耐久工况仿真。其中，有限元模型分析、计算过程中各参数选择如下：橡胶材料的本构模型为Yeoh模型，所述轮胎橡胶部分选用CGAX3H和CGAX4H单元模拟，所述橡胶-帘线部分选用SFMGAX1单元模拟，所述轮辋和路面定义为解析刚体。
由于该型号轮胎进行轮胎疲劳试验时所施加的气压和载荷分别为0.6MPa和71KN，因此在耐久工况仿真中，所述静态加载工况中的气压、载荷也为0.6MPa和71KN。
(3)应变能密度梯度的计算及绘制应变能密度梯度二维矢量图；
因为轮胎破坏经常发生于左胎肩、右胎肩、左胎圈和右胎圈处，因此选取左胎肩、右胎肩、左胎圈和右胎圈为接地中心断面。从有限元模型计算结果中分别选取左胎肩、右胎肩、左胎圈和右胎圈的节点坐标以及对应的应变能密度，采用MATLAB编程调用函数语句进行插值计算，其中，插值算法为克里格法，网格间隙为0.2mm，得到各节点坐标的应变能密度梯度，进而分别绘制出左胎肩、右胎肩、左胎圈和右胎圈的应变能密度梯度二维矢量图；在网格化过程中选择克里格法插值的优点为在插值点与取样点重合时，插值点的值就是取样点的值，能够最大限度的尊重样本，由于其达到线性、无偏和最小估计方差，在数据点多时，其内插的结果可信度较高。
(4)评价及预测轮胎寿命：
从图3、图4、图5和图6所绘制出的左胎肩、右胎肩、左胎圈和右胎圈的应变能密度梯度二维矢量图中，可知左胎肩处的应变能密度梯度模最大值为31174.5602，右胎肩的应变能密度梯度模最大值为23121.4031，左胎圈的应变能密度梯度模最大值为127954.4046，右胎圈的应变能密度梯度模最大值为63985.8574，比较后得知左胎圈的应变能密度梯度模最大值在四处位置中处于最高值，由此确定左胎圈的应变能密度梯度模最大值与轮胎疲劳寿命成反比，左胎圈的应变能密度梯度模最大值的方向对应轮胎裂纹方向；左胎圈的应变能密度梯度模最大值的区域对应轮胎的破坏区域。
将11.00R20全钢载重子午线轮胎进行轮胎疲劳试验，并对试验结束后的轮胎断面重复步骤(1)至步骤(4)的过程，结果表明：轮胎的破坏区域对应于左胎圈的应变能密度梯度模最大值的区域，轮胎的裂纹方向对应于左胎圈的应变能密度梯度模最大值的方向，如图7和图8对比所示，方向均为与水平呈56°夹角，表明较好的预测效果。
为了更进一步确定应变能梯度模最大值与轮胎疲劳寿命的反比关系。我们选取多种结构的轮胎重复上述预测和验证过程，并建立预测所得的应变能梯度模最大值与经轮胎疲劳试验后所得的疲劳寿命数据之间的数学关系式，并最终得其关系式为y＝-104ln(x)+302.51，其中R2＝0.927，表明拟合效果较好。
经验证，根据该数学关系预测的轮胎寿命为87.2h的结构设计方案，其试制样胎经疲劳寿命试验的数据为80h，显示出较高的预测精度和效果。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)有限元模型的建立：
截取轮胎的轮胎断面，所述轮胎断面经打磨处理、扫描后导入CAD，描绘出所述轮胎断面的所有部分，得到几何模型；采用Hypermesh软件对几何模型网格划分，建立有限元模型；
(2)有限元模型的计算及耐久工况仿真：
采用Abaqus软件对所述有限元模型分析、计算，进行耐久工况仿真；所述耐久工况仿真中静态加载工况的气压、载荷条件均与所述轮胎进行疲劳试验时的气压、载荷相同；
(3)应变能密度梯度的计算及绘制应变能密度梯度二维矢量图：
从所述有限元模型计算结果中选取不同接地中心断面的节点坐标以及相对应的应变能密度，通过MATLAB编程调用函数语句进行插值计算，得到节点坐标的应变能密度梯度，以此绘制相应接地中心断面应变能密度梯度二维矢量图；
(4)评价及预测轮胎寿命：
从各接地中心断面所得到的应变能密度梯度二维矢量图中即可比较、确定出应变能梯度模最大值、其方向和区域；则所述应变能梯度模最大值与所述轮胎的疲劳寿命成反比；所述应变能梯度模最大值的方向对应所述轮胎的裂纹方向；所述应变能梯度模最大值的区域对应所述轮胎的破坏区域。
2.根据权利要求1所述的一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法，其特征在于，步骤(1)中所述有限元模型在294000-298000个单元之间，315000-319000个节点之间。
3.根据权利要求1所述的一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法，其特征在于，步骤(2)中所述有限元模型分析、计算过程中各参数如下：橡胶材料的本构模型为Yeoh模型，轮胎橡胶部分选用CGAX3H和CGAX4H单元模拟，橡胶-帘线部分选用SFMGAX1单元模拟，轮辋和路面定义为解析刚体。
4.根据权利要求1所述的一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法，其特征在于，步骤(3)中所述接地中心断面选取为左胎肩、右胎肩、左胎圈和右胎圈。
5.根据权利要求1所述的一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法，其特征在于，步骤(3)中所述插值算法为克里格法，所述MATLAB编程的网格间隙为0.2mm。
6.根据权利要求1所述的一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法，其特征在于，步骤(4)中所述应变能梯度模最大值与所述轮胎疲劳寿命的关系式为：y＝-104ln(x)+302.51。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510142710.2A CN104778313B (zh) | 2015-03-27 | 2015-03-27 | 一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510142710.2A CN104778313B (zh) | 2015-03-27 | 2015-03-27 | 一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104778313A CN104778313A (zh) | 2015-07-15 |
| CN104778313B true CN104778313B (zh) | 2018-04-24 |
Family
ID=53619774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510142710.2A Active CN104778313B (zh) | 2015-03-27 | 2015-03-27 | 一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104778313B (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105300798B (zh) * | 2015-09-18 | 2018-01-02 | 上海捷祥测控技术有限公司 | 一种测试多种材料复杂形状零部件疲劳特性的方法 |
| JP6682369B2 (ja) * | 2016-06-09 | 2020-04-15 | 株式会社ブリヂストン | タイヤ劣化状態予測方法 |
| CN107103119B (zh) * | 2017-03-31 | 2019-12-03 | 江苏大学 | 一种轮胎有限元分析自动化建模方法 |
| CN108416178A (zh) * | 2018-05-02 | 2018-08-17 | 南京航空航天大学 | 一种机械弹性车轮结构参数优化设计方法 |
| CN110400362B (zh) * | 2019-07-12 | 2023-02-24 | 重庆大学 | 一种基于图像的abaqus二维裂纹建模方法、系统及计算机可读存储介质 |
| CN110412061A (zh) * | 2019-08-14 | 2019-11-05 | 哈尔滨工业大学 | 基于细观应变能分布的沥青混合料冻融损伤的探测方法 |
| CN110686610B (zh) * | 2019-09-11 | 2020-12-22 | 北京大学 | 基于自适应网格的光学变形测量方法及电子设备 |
| CN113378421B (zh) * | 2021-03-29 | 2024-03-19 | 南京航空航天大学 | 一种机械弹性车轮径向疲劳寿命评价及预测方法 |
| CN114004143B (zh) * | 2021-10-18 | 2022-05-27 | 星河智联汽车科技有限公司 | 一种轮胎寿命的预测方法、装置、终端设备及存储介质 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103853899B (zh) * | 2013-05-22 | 2017-02-15 | 中国能建集团装备有限公司南京技术中心 | 轴类零件疲劳寿命计算方法 |
| CN104182585B (zh) * | 2014-08-26 | 2018-01-09 | 昆山高健电子工业有限公司 | 硅胶弹性体手感分析及疲劳寿命预测的有限元模拟方法 |
-
2015
- 2015-03-27 CN CN201510142710.2A patent/CN104778313B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104778313A (zh) | 2015-07-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104778313B (zh) | 一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法 | |
| Behroozi et al. | Finite element analysis of aircraft tyre–Effect of model complexity on tyre performance characteristics | |
| CN103267507B (zh) | 基于有限元分析提取机械结构平面的平面度误差的方法 | |
| CN110750819A (zh) | 一种离散元与有限差分法耦合的沥青混合料模拟建模方法 | |
| CN103150446A (zh) | 临近空间飞行器模型验证与仿真实现方法 | |
| Ge et al. | Multiscale analysis of tire and asphalt pavement interaction via coupling FEM–DEM simulation | |
| Liang et al. | A fatigue evaluation method for radial tire based on strain energy density gradient | |
| Zhao et al. | Modeling and Verification of a New Hyperelastic Model for Rubber‐Like Materials | |
| CN106055828A (zh) | 一种基于冲击强度仿真分析的铝车轮总成设计方法 | |
| Kubba et al. | Modeling of strain energy harvesting in pneumatic tires using piezoelectric transducer | |
| Zheng et al. | A numerical algorithm for the ITZ area fraction in concrete with elliptical aggregate particles | |
| Aldhufairi et al. | Determination of a tyre’s rolling resistance using parallel rheological framework | |
| CN110889248A (zh) | 空气弹簧疲劳寿命预测平台及其预测方法 | |
| CN112461657B (zh) | 一种路基土临界破坏应力快速预测方法 | |
| Lu et al. | Analysis of asphalt pavement mechanical behaviour by using a tire-pavement coupling model | |
| Yang et al. | Prediction for Tire-Pavement Contact Stress under Steady-State Conditions based on 3D Finite Element Method. | |
| Burke et al. | Static tyre/road interaction modelling | |
| Ihueze et al. | 2D static failure prediction for critical stresses of an automobile tire side-wall using MATLAB PDE toolbox | |
| CN116542177A (zh) | 一种基于启停工况分析评判的水轮机寿命评估方法及系统 | |
| CN114707209A (zh) | 一种基于数字孪生的路面检测方法、系统及其构建方法 | |
| Zhao et al. | Research on interactions among parameters affecting dynamic mechanical properties of sandstone after freeze-thaw cycles | |
| Premarathna et al. | High-Fidelity finite element modelling and simulation of solid resilient tire: application to forklift solid resilient tire | |
| CN111400955B (zh) | 一种由温度变化引起的沥青路面疲劳开裂破坏的评价方法 | |
| Golbakhshi et al. | Investigating temperature effects on mechanical behavior of rubber compounds embedded in composite structure of pneumatic tires | |
| Yintao et al. | Finite element modeling for steel cord analysis in radial tires |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210414 Address after: 265400 Jinlong Road, Zhaoyuan, Yantai, Shandong 777 Patentee after: SHANDONG LINGLONG TYRE Co.,Ltd. Address before: Zhenjiang City, Jiangsu Province, 212013 Jingkou District Road No. 301 Patentee before: JIANGSU University |