[发明专利]一种子午线轮胎静态径向刚度快速预测方法

说明书

本发明提供了一种子午线轮胎静态径向刚度快速预测方法，通过建立数学模型和有限元仿真的方法能有效的解决这一问题，通过仿真计算获得少量数据点，利用数据点对模型进行拟合，即可获得模型参数，进而获得轮胎静态径向刚度。

技术领域

本发明属于轮胎工业技术领域，涉及一种子午线轮胎静态径向刚度快速预测方法。

背景技术

子午线轮胎径向刚度是轮胎性能的关键指标之一，对轮胎的耐久性能、承载性能和舒适性能等均有很大影响。由于轮胎结构十分复杂(包括钢丝或尼龙材料构成的胎体，若干层具有不同角度和不同性能钢丝构成的橡胶-钢丝复合材料带束层，由高强度钢丝紧密排列而制成的各种形状钢丝圈，胎面、胎侧、三角胶等多个形状不规则橡胶部件)，这导致很难从理论预测轮胎的径向刚度，一般采用试验方法获得。对轮胎径向刚度的传统测试方法为测量两个不同载荷下轮胎的下沉量，以此两对数据点计算斜率，而实际轮胎的载荷-位移曲线呈现明显的非线性，即轮胎径向刚度随下沉量而变化，仅使用两组数据计算斜率的刚度计算方法会导致计算结果不准确，并且实验方法存在费时、费力和增加成本的缺点。

通过建立数学模型和有限元仿真的方法能有效的解决这一问题，通过仿真计算获得少量数据点，利用数据点对模型进行拟合，即可获得模型参数，进而获得轮胎静态径向刚度。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，即对轮胎径向刚度的传统测试方法为测量两个不同载荷下轮胎的下沉量，以此两对数据点计算斜率，而实际轮胎的载荷-位移曲线呈现明显的非线性，即轮胎径向刚度随载荷而变化，仅使用两组数据计算斜率的刚度计算方法会导致计算结果不准确，并且实验方法存在费时、费力和增加成本的缺点。进而提供一种子午线轮胎静态径向刚度快速预测方法，通过建立数学模型和有限元仿真结合的方法能有效的解决这一问题，可快速、准确获得轮胎的载荷-位移曲线和静态径向刚度。

材料分布图的定义为：包括轮胎的外轮廓形状，内轮廓形状，内部橡胶部件形状，带束层形状等包含轮胎断面几何信息的CAD图形文件。

一种子午线轮胎静态径向刚度快速预测方法，其步骤为：

第一步：对轮胎的材料分布图进行网格划分和分配材料：根据轮胎尺寸参数对材料分布图进行定位，使其最高点与轮胎外半径相同，对材料分布图进行网格划分，划分为四边形单元或三角形单元，其中带束层、胎体和其他增强材料部件(钢丝包布和尼龙包布)为四边形单元，且使用骨架材料单元来表示增强材料的增强作用。根据轮胎实际材料测试情况为每个橡胶材料单元和胎体增强材料分配材料属性。所有单元必须设置为轴对称属性，这样可以利用二维模型模拟三维充气情况。将实际轮辋曲线导入并设置为刚体，加入仿真模型中；

第二步：收缩钢丝圈：由于一般轮胎的胎圈设计宽度比轮辋宽度要大，因此先将胎圈收缩到轮辋内侧。通过给轮胎左侧钢丝圈施加向上和向右位移，给右侧钢丝圈施加向上和向左位移，达到收缩胎圈的目的。

第三步：设置轮胎模型的边界条件：设置胎圈部位与轮辋的接触属性，主要包括法向接触属性和摩擦系数，设置内衬层内表面为施加充气载荷作用面；

第四部：给轮胎内部充以实际气压，方向垂直于内衬层内表面单元，此时轮胎会膨胀，胎圈与轮辋接触，胎面变形，膨胀到平衡形状；

第五步：对轮胎进行三维负载分析。将第四步充气后的二维仿真模型扫略360度形成三维轮胎仿真模型，建立二维平直刚体模型作为路面(在x-y平面)，路面模型的长度为轮胎直径的1/3，宽度较轮胎行驶面宽度宽10mm，并设置轮胎胎面表面与路面的接触属性。将路面模型放于轮胎模型正下方，与轮胎表面距离为1mm，使轮胎中心线与路面中心线对齐，将轮胎轮辋固定，只保留路面的z向自由度，给路面施加实际承载的载荷，方向朝向轮胎一侧，使路面与轮胎接触，轮胎产生变形；

第六步：数据处理。提取分析过程中的三组数据点(不同载荷和与之对应的下沉量)；将三组数据点带入到如下轮胎载荷与下沉量关系模型中，