[发明专利]一种考虑弹性滑移的轮胎纵向和横向刚度仿真方法

说明书

本发明公开了一种考虑弹性滑移的轮胎纵向和横向刚度仿真方法，包括步骤：对三维非线性的轮胎进行有限元建模；基于模型对轮胎进行纵向或横向刚度初始仿真分析，此时轮胎与地面之间的切向接触属性采用罚函数法的默认本构属性，其允许的弹性滑移容差为0.005；选取初次仿真结果中轮胎接地印迹纵向或横向中心线上的节点，输出节点和路面参考点随时间变化的纵向或横向位移，确定轮胎纵向或横向变形过程中所选节点发生的最大弹性滑移量；修改轮胎纵向和横向刚度有限元初始仿真模型，即在切向接触本构属性中引入最大弹性滑移量，再次进行轮胎纵向或横向刚度仿真分析。本发明考虑弹性滑移之后，轮胎纵向和横向刚度仿真结果的可靠性将有较大幅度提升。

技术领域

本发明涉及轮胎纵向和横向刚度的有限元仿真方法，具体为在切向接触属性中引入弹性滑移量，提高轮胎纵向和横向刚度仿真精度的方法。

背景技术

轮胎的刚度特性，指作用在轮胎上的载荷与对应变形之间的关系，包括轮胎径向、横向、纵向、扭转及包覆刚度。通过有限元仿真预测轮胎的刚度特性，对轮胎的结构优化设计具有重要的促进作用。

随着有限元理论的发展，轮胎刚度仿真技术逐渐成熟，许多学者运用不同的有限元软件对轮胎刚度进行分析，均得到较为合理的结果。然而，在刚度对标的过程中，径向刚度和包覆刚度的仿真结果比较准确，而涉及附着和摩擦行为的纵向和横向刚度仿真结果与实验结果存在较大差异。例如，颜亮(颜亮.胎体有限元模型离散化的轮胎侧偏及侧倾特性建模研究[D].吉林大学硕士论文.2014)和白帆(白帆.基于接地印迹分析的轮胎力学模型研究[D].吉林大学博士论文.2016)的轮胎纵向和横向刚度仿真结果，显著高于试验结果。图1为轮胎纵向刚度仿真分析与试验结果的对比情况。

针对两粗糙表面的切向接触问题，在经典的库伦摩擦理论的基础上，一些学者提出了扩展的摩擦理论。其中包括基于弹塑性滑移理论的正则化库伦摩擦定律，能够近似地描述粘滑运动，如图2所示，分别为总滑移、弹性滑移、塑性滑移。其核心思想是将切向滑移过程分为弹性滑移和塑性滑移两部分[Peter Wriggers.ComputationalContact Mechanics.Springer,Berlin,Second Edition.2006.]。

在ABAQUS有限元分析软件中，切向接触考虑弹性滑移时，除了可通过定义弹性滑移容差之外，还可以直接定义最大弹性滑移量，实现切向接触的弹塑性模拟。然而，确定最大弹性滑移量遇到了困难，这是由于没有试验或者经验数据知道轮胎与路面之间的弹性滑移量的大小，不同的轮胎规格以及不同的路面条件下，轮胎相对路面切向滑移时产生不同的弹性滑移量。因此，对于轮胎纵向或者横向刚度的仿真，不仅需要考虑弹性滑移的影响，还要考虑如何确定弹性滑移量。

发明内容

本发明提出一种考虑弹性滑移的轮胎纵向和横向刚度仿真方法，通过初始仿真分析结果确定最大弹性滑移量，修改轮胎纵向或横向刚度有限元初始仿真模型，即在切向接触本构属性中引入最大弹性滑移量，再次进行轮胎纵向或横向刚度仿真分析。

本发明采用如下技术方案实现：

一种考虑弹性滑移的轮胎纵向和横向刚度仿真方法，包括步骤：

对三维非线性的轮胎进行有限元建模；

基于所建模型对轮胎进行纵向或横向刚度初始仿真分析，此时轮胎与地面之间的切向接触属性采用罚函数法的默认本构属性，其允许的弹性滑移容差为0.005；

选取初次仿真结果中轮胎接地印迹纵向或横向中心线上的节点，输出节点和路面参考点随时间变化的纵向或横向位移，确定轮胎纵向或横向变形过程中所选节点发生的最大弹性滑移量；

修改轮胎纵向和横向刚度有限元初始仿真模型，即在切向接触本构属性中引入最大弹性滑移量，再次进行轮胎纵向或横向刚度仿真分析。

进一步地，所述轮胎纵向变形过程中所选各节点发生的最大弹性滑移量的确定过程具体包括步骤：