[发明专利]一种正交试验和有限元分析设计自行车轮胎尺寸的方法

权利要求书

1.一种正交试验和有限元分析设计自行车轮胎尺寸的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤，

S1.设计三因素三水平的正交试验，其中三因素为行驶速度、轮胎直径、轮胎厚度，考察指标为最大应力、最大应变、中心轴在Y方向的位移方差；以日常自行车的骑行速度为参考，确定行驶速度的三个水平；以市面上常见轮胎尺寸为参考，分别确定轮胎直径、轮胎厚度的三个水平，从而确定所需建立模型的尺寸，运用软件对其以及地面进行建模，而后导入有限元软件中；

S2.分别对地面、轮胎进行材料参数设置，其中：由于地面刚度远远大于轮胎，故可用标准钢来定义；轮胎材料是橡胶超弹模型和黏弹模型的叠加，其中超弹模型用Moony-Rivlin模型来表征，经验公式为：

式中：C10、C01、D1为材料系数；J为橡胶材料变化后体积比；

黏弹模型用广义Maxwell模型来表征，采用Prony级数形式拟合黏弹参数以表征橡胶黏弹特性；Prony级数表示为:

式中：G0和K0分别为初始时刻的剪切和体积松弛模量，Pa；nG、nK为Prony级数的项数；为剪切响应下的相对模量和松弛时间；为体积响应下的相对模量和松弛时间；

S3.设置仿真并进行计算，提取每个模型的仿真数据，包括最大等效应力、最大等效应变以及中心轴的跳动情况；最大等效应力、最大应变较大对应尺寸的轮胎，长时间使用会使影响轮胎使用寿命；中心轴的跳动情况用来表征车轮运行的稳定情况，即提取中心轴在竖直方向的位移，求方差，方差越大说明中心轴跳动越剧烈；

S4.将得到实验数据填入正交试验中，得出正交试验结果；该试验用来确定轮胎直径、轮胎厚度此二因素对所考察指标的主次关系；

S5.对轮胎直径、厚度二因素分别进行仿真，分析最大应力、最大应变、中心轴跳动等数据并总结，得出考察指标与各因素之间的关系，得出较优的尺寸设计。