CN110955999A - 轮胎三维温度场仿真方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种轮胎三维温度场仿真方法，包括以下步骤：S1：轮胎二维模型仿真；二维模型仿真的方法包括：将轮胎材料分布平面图导入仿真软件，获得二维模型，对二维模型并进行网格划分，对轮胎二维模型进行模拟充气，并为二维模型加入温度模型；S2：轮胎三维模型仿真；三维模型仿真的方法包括：基于轮胎二维模型生成三维模型，并为三维模型加入温度模型；S3：三维温度场仿真；三维温度场仿真的方法包括：对步骤S2中获取的三维模型，划分模型单元，计算每个单元的功率密度，作为每个单元的生热，获得三维温度场分布模型。该方法不再依赖于仿真软件自带的三维模型，采用三维模型反应温度场分布，可以更直观的显示轮胎模型整体温度分布。

Description

轮胎三维温度场仿真方法
技术领域
本发明属于计算机仿真技术领域，具体涉及一种轮胎三维温度场仿真方法。
背景技术
轮胎受力时的温度变化影响其各种使用性能，如操控性、磨损情况、滚动阻力大小等，研究轮胎温度场分布情况，对提高轮胎质量预测水平，提高仿真精度至关重要。
轮胎温度场的分析通常是通过仿真来实现的，现有技术中轮胎温度场仿真的分析方法至少存在如下不足：
(1)受仿真软件功能的限制，通常只能采用仿真软件自带的三维模型来进行生热计算，而不能自建三维模型，且只能以二位模式显示某一断面的温度场，并不能直观、更贴近现实的反应轮胎三维模型的温度场分布。
(2)目前温度场一般是单独分析，未能将带轮胎温度的模型继续应用于侧偏、磨耗、滚动阻力仿真等领域，即未考虑温度场对侧偏、磨耗、滚动阻力互相影响的迭代过程，影响仿真的效果。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中，轮胎温度场仿真方法存在的直观性差、精确性的问题，提供一种可直观利用轮胎三维模型进行温度场仿真的方法。
为解决所述技术问题，本发明采用的技术方案为：
轮胎三维温度场仿真方法，包括以下步骤：
S1：轮胎二维模型仿真；
将轮胎材料分布平面图导入仿真软件，获得二维模型，对二维模型并进行网格划分，对轮胎二维模型进行模拟充气，并为二维模型加入温度模型；
S2：轮胎三维模型仿真；
所述三维模型仿真的方法包括：基于轮胎二维模型生成三维模型，并为三维模型加入温度模型；
S3：三维温度场仿真；
所述三维温度场仿真的方法包括：对步骤S2中获取的三维模型，划分模型单元，计算每个单元的功率密度，作为每个单元的生热，获得三维温度场分布。
作为优选，基于步骤S3中获得的三维温度场分布模型的力学性能，计算轮胎的滚阻、磨耗、侧偏。
作为优选，仿真总过程包括多个分析步，基于每个分析步进行时仿真模型的力学性能，计算每个单元的功率密度，作为每个单元的生热赋给模型，进行下一分析步的仿真。
作为优选，计算每个单元功率密度的方法为：
获取每个单元的应力积分点σ和应变ξ；
则，每个单元的功率密度为：
Pi＝σi*ξi*tanσi/(2πr/v)；
其中，v是设定的运行速度，r是加载半径，tanσi是对应温度下的损耗因子。
作为优选，在步骤S1中，基于轮胎材料分布平面图进行二维模型仿真过程中，加入轮胎性能参数，所述参数包括轮胎帘线膨胀系数。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)不再依赖于仿真软件自带的三维模型，研究了一种三维立体温度分布的仿真方法，可以更直观的显示轮胎模型整体温度分布。
(2)提供了一种温度场仿真方法，能采用该温度场仿真方法在带温度的轮胎模型基础上进行侧偏、磨耗、滚动阻力等各个工况的仿真，对各个力学性能的仿真更精确。该方法将每一步生热计算到稳定状态后的热应力和热应变加入到轮胎的应力应变中，最终得到温度影响下的轮胎力学模型，进行应力应变-温度多次迭代，避免只进行一次迭代的仿真方法引起的误差。
附图说明
下面结合实施例及附图对本发明进一步详细说明：
图1为本发明轮胎三维模型仿真方法流程图；
图2为轮胎材料分布图平面图；
图3为轮胎材料分布图引入仿真软件后获取的二维仿真模型图；
图4为引入温度模型后的二维仿真模型图；
图5为引入温度模型后的三维仿真模型图；
图6为轮胎三维仿真模型温度场分布图；
图7为带稳定场的侧偏工况压力图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明具体实施例中的技术方案进行详细、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明总的技术方案的部分具体实施方式，而非全部的实施方式。基于本发明的总的构思，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都落于本发明保护的范围。
本发明提供了一种轮胎三维温度场仿真方法，用于轮胎温度场仿真，并可基于轮胎自身的三维模型，反应温度场分布。本发明所述方法基于ABAQUS仿真软件进行。
轮胎三维温度场仿真方法包括以下步骤：
S1：轮胎二维模型仿真。
轮胎二维仿真模型需要基于轮胎材料分布图，如图2所示。将轮胎材料分布图平面图导入ABAQUS仿真软件，并进行网格划分，获得如图3所述的二维仿真模型。
在仿真软件内输入轮胎材料及性能属性，包括材料本构特征、力学边界条件、轮胎结构参数，并且加入帘线膨胀系数，是仿真更准确。单元类型选择CGAX4HT，划分网格全部为四边形单元。
对轮胎二维模型进行充气计算，并通过Fortran1程序为二维模型加入温度模型；温度模型的初始温度设置为25℃，加入温度模型后的轮胎二维仿真模型如图4所示。
S2：轮胎三维模型仿真；
三维模型仿真的方法包括：基于轮胎二维模型生成三维模型，并为三维模型加入温度模型。
具体的说，使用SYMMETRIC MODEL GENERATION将二维模型进行有限元分析，生成三维，进行三维加载计算，通过Fortran 1程序加入温度模型，初始温度设置为25℃，加入温度模型后的轮胎三维模型如图5所示。
S3：三维温度场仿真；
三维温度场仿真的方法包括：对步骤S2中获取的三维模型，划分模型单元，计算每个单元的功率密度，作为每个单元的生热，获得三维温度场分布。
具体的说，通过仿真软件客户端，输入温度场仿真所需参数：本实施例中，采用Python 1程序编制输入参数界面，温度场计算需要用到的输入参数有：胎面、胎侧、胎圈的对流换热系数，速度，其他参数可根据模型不同进行输入。
计算每个单元功率密度的方法为：
通过编制的Python 2程序在ABAQUS里提取每个单元的应力积分点σ和应变ξ；计算所有单元应力与应变的乘积，不需要提取体积和进行傅里叶变换；
则，每个单元的功率密度为：
Pi＝σi*ξi*tanσi/(2πr/v)；
其中，v是设定的轮胎运行速度，r是加载半径，tanσi是对应温度下的损耗因子。
每个单元的功率密度即做为生热能量赋予每个单元，通过ABAQUS内部命令FLUX将生热赋予每个单元，由于计算了每个单元的生热，可以将每个单元的生热温度显示出来，即三维显示。
更进一步的，为了提高温度场仿真的精确性，进一步研究了一种多次迭代的生热模型计算方法。仿真总过程包括多个分析步，基于每个分析步进行时仿真模型的力学性能，计算每个单元的功率密度，作为每个单元的生热赋给模型，进行下一分析步的仿真。
具体说，在一次仿真里有多个分析步，一般为10个，命令行为*CoupledTemperature-displacement,steady state(0.1,1.0,1e-08,0.1，其中0.1×10为1，即总分析步为1，分10步计算，每一步出现数据变化)每次分析步计算完成后力学性能发生改变，利用改变的力学性能计算生热情况，再将生热赋予模型进行下一个分析步计算，即多次迭代，具体计算步骤用新的Fortron 2程序计算温度分布，最终三维温度场分布图如图6所示。
通过迭代生热计算，把每一步生热计算到稳定状态后的热应力和热应变加入到轮胎的应力应变中，最终得到温度影响下的轮胎力学模型，进行应力应变-温度多次迭代，避免只进行一次迭代的仿真方法引起的误差。
S4：轮胎的滚阻、磨耗、侧偏的计算。
基于步骤S3中获得的三维温度场分布模型的力学性能，计算轮胎的滚阻、磨耗、侧偏。采用带温度场的三维模型进行滚阻/磨耗/侧偏仿真计算，能更准确的表现温度对滚阻/磨耗/侧偏等力学性能的影响，仿真滚阻/磨耗/侧偏更精确。
具体的说，将由Fortron 2程序计算温度分布的三维温度场模型力学性能最后一步继续计算滚阻、磨耗、侧偏等，(此计算方法与未加温度场的该项目仿真方法一致，即在三维静态工况仿真侧偏工况等)，但是需要继续使用温度单元类型，且在输入参数时需要将可以计算更准确的温度模型影响的其他力学模型，如图7所示是带稳定场的侧偏工况压力图，比不带温度场计算的结果更接近实际值(不带温度场仿真侧偏刚度值为724.64N/°，实验值为818.64N/°，带温度场仿真侧偏刚度值为794.35N/°)，即该侧偏工况是受温度影响后力学性能发生变化的结果。
本发明提供的轮胎三维温度场仿真方法，极大增加轮胎温度场应用的准确性和效率，增强了轮胎温度场仿真的实用性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.轮胎三维温度场仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：轮胎二维模型仿真；
所述二维模型仿真的方法包括：将轮胎材料分布平面图导入仿真软件，获得二维模型，对二维模型并进行网格划分，对轮胎二维模型进行模拟充气，并为二维模型加入温度模型；
S2：轮胎三维模型仿真；
所述三维模型仿真的方法包括：基于轮胎二维模型生成三维模型，并为三维模型加入温度模型；
S3：三维温度场仿真；
所述三维温度场仿真的方法包括：对步骤S2中获取的三维模型，划分模型单元，计算每个单元的功率密度，作为每个单元的生热，获得三维温度场分布模型。
2.如权利要求1所述的轮胎三维温度场仿真方法，其特征在于：三维温度场仿真方法进一步包括以下步骤：
S4：基于步骤S3中获得的三维温度场分布模型的力学性能，计算轮胎的滚阻、磨耗、侧偏。
3.如权利要求1所述的轮胎三维温度场仿真方法，其特征在于：仿真总过程包括多个分析步，基于每个分析步进行时仿真模型的力学性能，计算每个单元的功率密度，作为每个单元的生热赋给模型，进行下一分析步的仿真。
4.如权利要求1或3所述的轮胎三维温度场仿真方法，其特征在于：计算每个单元功率密度的方法为：
获取每个单元的应力积分点σ和应变ξ；
则，每个单元的功率密度为：
Pi＝σi*ξi*tanσi/(2πr/v)；
其中，v是设定的运行速度，r是加载半径，tanσi是对应温度下的损耗因子。
5.如权利要求1所述的轮胎三维温度场仿真方法，其特征在于：在步骤S1中，基于轮胎材料分布平面图进行二维模型仿真过程中，加入轮胎性能参数，所述参数包括轮胎帘线膨胀系数。
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