CN108614951A - 一种识别全钢子午线轮胎发生胎圈鼓包位置的有限元分析方法 - Google Patents

一种识别全钢子午线轮胎发生胎圈鼓包位置的有限元分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种有限元分析方法，旨在于全钢子午线轮胎设计阶段，分析全钢子午线轮胎负载情况下的帘线受力分布，找到胎体反包区域存在的帘线受压缩力区域。实践表明，这种帘线受压缩力区域与轮胎使用过程中出现胎圈鼓包的区域是对应的。因此，本发明给了轮胎设计工作者一个方法，即通过模拟帘线受力找到潜在的轮胎发生胎圈鼓包的位置，为后续设计优化提供了明确的参照和指导，不必须在轮胎实际使用过程中才能确定鼓包位置，才能进行优化改进，节省了成本，也提高了效率。

Description

一种识别全钢子午线轮胎发生胎圈鼓包位置的有限元分析 方法
技术领域
本发明涉及轮胎胎圈鼓包，尤其涉及一种识别全钢子午线轮胎发生胎圈鼓包位置的有限元分析方法。
背景技术
随着轮胎工业的进步，子午线轮胎已经逐步替代斜交轮胎，占据市场主流。然而，因为全钢子午线轮胎的结构特性，下胎侧区域变形大，内部材料分布复杂，存在极大损坏风险，特别是对于重载的全钢子午线轮胎产品，表现尤为突出。
因此，如何识别全钢子午线轮胎使用过程中潜在发生胎圈鼓包的位置，对于轮胎设计工作者而言变得至关重要。现有技术是轮胎设计出来之后，发到市场上使用，如果发生鼓包了，我们知道在这里鼓包了，然后修改设计继续试，麻烦并且造成了极大浪费。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种识别全钢子午线轮胎发生胎圈鼓包位置的有限元分析方法，识别潜在发生胎圈鼓包进而导致爆胎的位置的方法，该方法可以给轮胎设计工作者在优化设计以解决胎圈鼓包问题时，提供明确的参照和指导。
本发明的目的是以下述方式实现的：一种识别全钢子午线轮胎发生胎圈鼓包位置的有限元分析方法，包括以下步骤：
（1）建立轮胎-轮辋-路面的有限元分析模型，以计算轮胎静态加载时的力学行为；
（2）根据模型模拟分析轮胎胎体帘线在负荷状态下的受力分布；
（3）提取轮胎模型中轮胎接地端断面内胎体帘线所受的拉力数值（RBFOR），找到胎体帘线受压缩力作用的区域，即胎体帘线受拉力为负值的区域；
（4）步骤（3）得到的接地端断面内胎体帘线受压缩力区域即为潜在的轮胎发生胎圈鼓包的位置。
所述步骤（1）中，建立轮胎-轮辋-路面的有限元分析模型，包括采用Yeoh橡胶超弹态本构模型，采用Rebar结构模型模拟帘线-橡胶复合材料，轮辋和路面均采用解析刚体模型，采用有限滑移法模拟轮胎与轮辋，轮胎与路面之间的接触。
所述步骤（1）所述的有限元分析模型所包含的轮胎模型，为由二维平面轴对称模型绕轮胎旋转轴以不等角度旋转而成的三维模型，接地区域等分角度小于其他区域，以保证接地区域分析精度。
所述步骤（2）中模拟分析轮胎胎体帘线在实际使用气压、实际使用负荷状态下的受力分布，轮胎加载过程采用固定轮辋，移动路面的方式进行。
所述步骤（2）所述的胎体帘线在负荷状态下的受力分布，为轮胎在负荷状态下，整个圆周上的胎体帘线受力，轮胎加载过程采用固定轮辋，移动路面的方式进行。
所述步骤（3）所述的接地端断面，为利用通过轮胎旋转轴的地面法向平面切割轮胎形成的与地面接触的轮胎横截面。
本发明提供一种有限元分析方法，旨在于全钢子午线轮胎设计阶段，分析全钢子午线轮胎负载情况下的帘线受力分布，找到胎体反包区域存在的帘线受压缩力区域。实践表明，这种帘线受压缩力区域与轮胎使用过程中出现胎圈鼓包的区域是对应的。因此，本发明给了轮胎设计工作者一个方法，即通过模拟帘线受力找到潜在的轮胎发生胎圈鼓包的位置，为后续设计优化提供了明确的参照和指导，不必须在轮胎实际使用过程中才能确定鼓包位置，才能进行优化改进，节省了成本，也提高了效率。
附图说明
图1是本发明的轮胎-轮辋-地面模型。
图2是实施例一分析得到的负荷状态下轮胎接地端断面内胎体帘线受力分布。
图3为图2中涉及到的特征点在轮胎横断面中的位置示意。
图4为实施例一所对应的轮胎实际测试损坏形式及鼓包位置。
具体实施方式
一种识别全钢子午线轮胎发生胎圈鼓包位置的有限元分析方法，包括以下步骤：
（1）建立轮胎-轮辋-路面的有限元分析模型，以计算轮胎静态加载时的力学行为；
（2）根据模型模拟分析轮胎胎体帘线在负荷状态下的受力分布；
（3）根据分析结果，提取轮胎模型中轮胎接地端断面内胎体帘线的拉力（RBFOR）数值，找到胎体帘线受压缩力作用的区域，即胎体帘线受拉力为负值的区域；
（4）步骤（3）得到的轮胎接地端断面内胎体帘线受压缩力区域即为潜在的轮胎发生胎圈鼓包的位置。
所述步骤（1）中，建立轮胎-轮辋-路面的有限元分析模型，包括采用Yeoh橡胶超弹态本构模型，采用Rebar结构模型模拟帘线-橡胶复合材料，轮辋和路面均采用解析刚体模型，采用有限滑移法模拟轮胎与轮辋，轮胎与路面之间的接触。
所述步骤（1）所述的有限元分析模型所包含的轮胎模型可以采用ABAQUS软件建立，利用ABAQUS软件的SYMMETRIC MODEL GENERATION命令，采用REVOLVE参数，由二维平面轴对称模型绕轮胎旋转轴以不等角度旋转而成的三维模型，接地区域等分角度小于其他区域，以保证接地区域分析精度。
所述步骤（2）中模拟分析轮胎胎体帘线在市场使用实际气压、市场使用实际负荷状态下的受力分布，轮胎加载过程采用固定轮辋，移动路面的方式进行。
所述步骤（2）所述的胎体帘线在负荷状态下的受力分布，为轮胎在负荷状态下，整个圆周上的胎体帘线受力，轮胎加载过程采用固定轮辋，移动路面的方式进行。
所述步骤（3）所述的接地端断面，为利用通过轮胎旋转轴的地面法向平面切割轮胎形成的与地面接触的轮胎横截面。
实施例一
使用轮胎规格为18.00R33，模拟充气压力为650kPa，模拟轮胎负荷为10900kg，进行胎圈鼓包位置分析，包括如下步骤：
1、建立轮胎-轮辋-路面有限元分析模型
采用Yeoh橡胶超弹态本构模型，采用Rebar结构模型模拟帘线-橡胶复合材料，轮辋和路面均采用解析刚体模型，采用有限滑移法模拟轮胎与轮辋，轮胎与路面之间的接触。
其中轮胎三维模型建模步骤为，首先在ABAQUS软件中建立二维轴对称模型，利用ABAQUS软件的SYMMETRIC MODEL GENERATION命令，采用REVOLVE参数，由二维平面轴对称模型绕轮胎旋转轴以不等角度旋转生成轮胎三维模型，接地区域80°范围20等分；离地区域280°范围分10份，采用偏置分布，偏置系数0.5；整体分布效果如图1所示，1为轮胎，2为轮辋，3为地面。
2、根据模型，采用ABAQUS软件模拟分析轮胎胎体帘线在负荷状态下的受力分布
根据18.00R33规格实际使用要求，充气压力650kPa，轮胎负荷10900kg，在此条件下，在ABAQUS/Standard软件环境中采用固定轮辋，移动路面的形式模拟轮胎加载过程。得到轮胎负荷状态下的胎体帘线受力分布。
3、根据分析结果，提取轮胎模型中轮胎接地端断面内胎体帘线的拉力（RBFOR）数值
所得拉力数值曲线如附图2所示，其中横坐标上的0点为胎体帘线端点，横坐标为在接地端断面内胎体帘线上任意一点距离胎体帘线端点的曲线距离，纵坐标为帘线所受的拉力，负值表示受压力作用。为了更好地将横坐标距离对应于实际断面位置，选取了一些特征点（A、B、C、D、E），因为轮胎的左右对称性，这里只给出半边的数值，C点为轮胎中心点；各特征点（A、B、C、D、E）在轮胎断面中的位置如图3所示，4为帘线。
4、确定潜在胎圈鼓包位置
根据图2所示的拉力数值曲线及各特征点在轮胎断面中的位置对应图—图3，可以找到A点所在的a区域为轮胎使用过程中潜在发生鼓包的位置。
5、实际验证
按照步骤1所述轮胎模型对应的设计方案生产18.00R33规格轮胎10条，在650kPa充气压力，10900kg负荷下进行实际测试。测试结果为，4条轮胎出现胎圈鼓包缺陷，发生位置及损坏形式如图4所示，4为帘线。对比可以发现，鼓包位置与步骤4得到的利用本发明的方法所确定的潜在鼓包位置即A点所在的a区域具有很好的对应关系，证明本发明结果有效。

Claims (6)

1.一种识别全钢子午线轮胎发生胎圈鼓包位置的有限元分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）建立轮胎-轮辋-路面的有限元分析模型，以计算轮胎静态加载时的力学行为；
（2）根据模型模拟分析轮胎胎体帘线在负荷状态下的受力分布；
（3）提取负荷状态下接地端断面内胎体帘线的拉力数值，找到胎体帘线受压缩力作用的区域，即胎体帘线受拉力为负值的区域；
（4）步骤（3）得到的接地端断面内胎体帘线受压缩力区域即为潜在的轮胎发生胎圈鼓包的位置。
2.根据权利要求1所述的识别全钢子午线轮胎发生胎圈鼓包位置的有限元分析方法，其特征在于：所述步骤（1）中，建立轮胎-轮辋-路面的有限元分析模型，包括采用Yeoh橡胶超弹态本构模型，采用Rebar结构模型模拟帘线-橡胶复合材料，轮辋和路面均采用解析刚体模型，采用有限滑移法模拟轮胎与轮辋，轮胎与路面之间的接触。
3.根据权利要求1所述的识别全钢子午线轮胎发生胎圈鼓包位置的有限元分析方法，其特征在于：所述步骤（1）所述的有限元分析模型所包含的轮胎模型，为由二维平面轴对称模型绕轮胎旋转轴以不等角度旋转而成的三维模型，接地区域等分角度小于其他区域，以保证接地区域分析精度。
4.根据权利要求1所述的识别全钢子午线轮胎发生胎圈鼓包位置的有限元分析方法，其特征在于：所述步骤（2）中模拟分析轮胎胎体帘线在实际使用气压、实际使用负荷状态下的受力分布，轮胎加载过程采用固定轮辋，移动路面的方式进行。
5.根据权利要求1所述的识别全钢子午线轮胎发生胎圈鼓包位置的有限元分析方法，其特征在于：所述步骤（2）所述的胎体帘线在负荷状态下的受力分布，为轮胎在负荷状态下，整个圆周上的胎体帘线受力，轮胎加载过程采用固定轮辋，移动路面的方式进行。
6.根据权利要求1所述的识别全钢子午线轮胎发生胎圈鼓包位置的有限元分析方法，其特征在于：所述步骤（3）所述的接地端断面，为利用通过轮胎旋转轴的地面法向平面切割轮胎形成的与地面接触的轮胎横截面。
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