[发明专利]一种轮胎滑水流固耦合仿真分析方法

说明书

本发明提供了一种轮胎滑水流固耦合仿真分析方法，包括如下步骤：建立轮胎和路面的力学模型；建立流体域模型；模拟轮胎滑水过程：模拟轮胎充气加载过程，通过流体逐渐加速冲击轮胎模拟轮胎滑水流固耦合过程，得出轮胎滑水速度。所述建立轮胎和路面的力学模型具体为：建立三维壳体轮胎模型；在胎面法线方向和距离胎面中心为预设范围的高度上建立路面壳体模型。所述建立流体域模型具体为：根据轮胎的力学模型建立六面体模型，所述六面体模型底面与路面接触，所述六面体模型顶面与轮胎的力学模型相交，得到的剩余模型为流体域模型。本发明能够综合考虑轮胎的非线性变形以及流体动压力的双向流固耦合作用，可以快速、准确地模拟轮胎滑水现象。

技术领域

本发明涉及轮胎仿真领域，特别涉及一种轮胎滑水流固耦合仿真分析方法。

背景技术

汽车在湿滑的路面上行驶时，由于水膜的润滑作用，使得胎面与路面之间的摩擦系数显著降低，轮胎会非常容易发生打滑现象，这种现象称之为滑水。当轮胎轮速较低时，在流体动压力作用下，轮胎与路面会发生部分脱离，称为部分滑水，当轮胎轮速超过某一极限值时，流体动压力会使得轮胎与路面完全脱离接触，发生完全滑水现象，此时会导致轮胎完全丧失驱动力、制动力以及转向力，直接威胁到乘客与驾驶人员的人身安全。因此，提升轮胎的抗滑水性能对保证车辆在湿滑路面上行驶安全与稳定具有重要意义。

为此，国内外学者以及轮胎厂商对于如何提高轮胎的抗滑水性能展开了大量科研工作。研究发现，虽然试验方法研究轮胎滑水问题是最直接的研究手段，但试验方法存在研究费用昂贵、周期长等缺点，并且很难揭示轮胎复杂的内部结构机理，而近几年随着计算机硬件和有限元软件的飞速发展，数值计算已成为研究轮胎滑水问题的主要方法，有限元的应用可为轮胎前期设计工作提供较为可靠的依据，且在很大程度上节省了人力、物力和财力并提高了分析效率，所以为更高效、便捷、准确地分析轮胎滑水问题，展开基于Workbench平台的轮胎滑水流固耦合仿真分析方法的研究尤为重要。

现有的轮胎滑水仿真分析方法中轮胎模型的建立是依据实际轮胎材料分布结构而进行的，这就导致在考虑轮胎滑水的仿真分析方法中往往存在操作复杂、计算时间过长、对计算机配置要求较高等问题的产生，且无法有效考虑轮胎与水流之间的流固强耦合作用。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种轮胎滑水流固耦合仿真分析方法，能够综合考虑轮胎非线性变形及流体动压力的流固耦合作用，可快速、准确地模拟轮胎滑水现象，也可为高性能抗滑水轮胎的设计和优化提供理论依据。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种轮胎滑水流固耦合仿真分析方法，包括如下步骤：

建立轮胎和路面的力学模型；

建立流体域模型；

模拟轮胎滑水过程：模拟轮胎充气加载过程，通过流体逐渐加速冲击轮胎模拟轮胎滑水流固耦合过程，得出轮胎滑水速度。

进一步，所述建立轮胎和路面的力学模型具体为：建立三维壳体轮胎模型；在胎面法线方向和距离胎面中心为预设范围的高度上建立路面壳体模型。

进一步，所述建立流体域模型具体为：根据轮胎的力学模型，建立六面体模型，所述六面体模型底面与路面接触，所述六面体模型顶面与轮胎的力学模型相交，通过六面体模型与轮胎的力学模型进行布尔减操作，得到的剩余模型为流体域模型。

进一步，还包括网格划分和边界条件的定义；对轮胎、路面和流体域模型分别定义材料属性，定义轮胎-路面接触算法，对轮胎、路面和流体域模型分别网格划分和边界条件定义。