[發(fā)明專利]輪胎接地印跡的多步靜態(tài)加載計(jì)算方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111292608.2
• 申請(qǐng)日: 2021-11-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114004121A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 左文杰;郭會(huì)強(qiáng);張然;白建濤;王斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06F30/15;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 吉林長(zhǎng)春新紀(jì)元專利代理有限責(zé)任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

本發(fā)明涉及一種輪胎接地印跡的多步靜態(tài)加載計(jì)算方法，屬于輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。先對(duì)輪胎進(jìn)行充氣分析，后給定壓深值搜索接觸節(jié)點(diǎn)，對(duì)接觸點(diǎn)施加強(qiáng)制位移求解接地印跡，通過(guò)多次改變壓深值修正接觸區(qū)域的強(qiáng)制位移邊界條件，直至接觸點(diǎn)豎直方向的約束反力總和與輪胎實(shí)際接觸時(shí)的外載荷平衡。優(yōu)點(diǎn)在于：原理簡(jiǎn)單，實(shí)施方便；相比于已有的接地印跡求解方法，本方法無(wú)需建立復(fù)雜的接觸對(duì)，不需要考慮接觸非線性問(wèn)題，只需通過(guò)多次改變壓深值修正接觸區(qū)域的強(qiáng)制位移邊界條件，進(jìn)行有限元分析，即可求解得到輪胎的接地印跡形狀及接觸壓強(qiáng)云圖。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種輪胎接地印跡的多步靜態(tài)加載計(jì)算方法。

背景技術(shù)

輪胎與地面的接觸是復(fù)雜的力學(xué)現(xiàn)象，同時(shí)也是輪胎損傷直至失效和破壞的重要原因。傳統(tǒng)的輪胎接地印跡計(jì)算一般是通過(guò)有限元方法求解的，需要采用非線性有限元方法處理材料、幾何、接觸非線性問(wèn)題，分析流程復(fù)雜。

輪胎接觸問(wèn)題屬于邊界非線性問(wèn)題，是最困難的非線性問(wèn)題之一，其原因是由于接觸邊界是未知的，同時(shí)加載過(guò)程中接觸邊界是時(shí)刻變化的，也就是說(shuō)，輪胎接觸過(guò)程中發(fā)生的位移和接觸力都是未知的，極大的增加了求解的難度。在進(jìn)行有限元分析時(shí)必須實(shí)時(shí)識(shí)別輪胎邊界上的點(diǎn)是否與地面接觸，如果是接觸，必須計(jì)算出相應(yīng)的接觸力。由于邊界點(diǎn)的接觸力會(huì)影響相鄰點(diǎn)的變形，所以這個(gè)過(guò)程需要重復(fù)計(jì)算，直至找到輪胎上所有可能接觸的點(diǎn)的正確狀態(tài)。一般商業(yè)軟件求解輪胎接地印跡時(shí)，是通過(guò)對(duì)輪輞施加固定約束，給地面施加載荷的方法等效輪胎的實(shí)際接觸過(guò)程，都需要建立復(fù)雜的接觸對(duì)進(jìn)行求解，計(jì)算過(guò)程中需要反復(fù)搜索接觸節(jié)點(diǎn)，不容易獲得收斂解。由于輪胎主要的組成部分是簾線橡膠復(fù)合材料，還需要考慮材料非線性和幾何非線性問(wèn)題，進(jìn)一步增加了求解輪胎接地印跡的難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種輪胎接地印跡的多步靜態(tài)加載計(jì)算方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題。本發(fā)明對(duì)輪輞施加固定約束，通過(guò)多次改變壓深值修正接觸區(qū)域的強(qiáng)制位移邊界條件，直至接觸點(diǎn)豎直方向的約束反力總和與輪胎實(shí)際接觸時(shí)的外載荷平衡。本發(fā)明不需要考慮復(fù)雜的接觸非線性，簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明的上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

輪胎接地印跡的多步靜態(tài)加載計(jì)算方法，包括如下步驟：

(1)建立輪胎有限元模型并進(jìn)行充氣分析，計(jì)算充氣之后輪胎外表面節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值；

(2)給定壓深搜索接觸點(diǎn)，定義強(qiáng)制位移邊界條件，在充氣分析基礎(chǔ)上進(jìn)行靜態(tài)有限元分析，計(jì)算接觸點(diǎn)約束反力；

(3)刪除豎直方向約束反力為負(fù)的點(diǎn)的強(qiáng)制位移約束，重新進(jìn)行有限元計(jì)算，直至所有接觸點(diǎn)豎直方向的約束反力全為正；

(4)采用二分法改變壓深值，直至接觸點(diǎn)豎直方向的約束反力總和等于實(shí)際接觸中輪胎受到的外載荷；

(5)根據(jù)約束節(jié)點(diǎn)豎直方向約束反力計(jì)算接觸壓強(qiáng)，獲得接觸壓強(qiáng)云圖。

步驟(2)中，給定壓深及輪胎充氣之后外表面節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值搜索接觸點(diǎn)，得出輪胎接觸點(diǎn)坐標(biāo)范圍在充氣輪胎最低點(diǎn)坐標(biāo)到最低點(diǎn)坐標(biāo)加上壓深值之間，定義強(qiáng)制位移邊界條件，強(qiáng)制位移的大小為輪胎最低點(diǎn)坐標(biāo)加上壓深值減去接觸節(jié)點(diǎn)豎直方向坐標(biāo)值；然后在充氣分析基礎(chǔ)上進(jìn)行靜態(tài)有限元分析，計(jì)算接觸點(diǎn)約束反力。

步驟(4)中，采用二分法多次改變壓深值修正接觸區(qū)域的強(qiáng)制位移邊界條件，直至接觸點(diǎn)豎直方向的約束反力總和等于實(shí)際接觸中輪胎受到的外載荷，達(dá)到求解接地印跡的目的。

步驟(4)中，根據(jù)接觸點(diǎn)約束反力總和與壓深的線性關(guān)系，只需根據(jù)兩個(gè)壓深值求解得到對(duì)應(yīng)的約束反力總和，即可擬合得到接觸點(diǎn)約束反力總和與壓深的線性關(guān)系表達(dá)式；根據(jù)線性關(guān)系表達(dá)式，代入目標(biāo)外載荷大小，可以迅速縮小二分法的搜索區(qū)間，達(dá)到加速求解的目的。