[發明專利]航空輪胎簾線增強橡膠復合材料有限元建模方法

在審

• 申請號: 202210065273.9
• 申請日: 2022-01-20
• 公開（公告）號: CN114491812A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 白建濤;張然;左文杰
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/17;G06F30/23;G06F111/04;G06F111/12;G06F113/26;G06F119/14;G16C60/00
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 寧曉丹

航空輪胎簾線增強橡膠復合材料有限元建模方法涉及航空輪胎結構設計技術領域，解決了傳統建模方法中橡膠與簾線平面單元的內埋約束復雜且求解時間長的問題，方法包括：步驟一、對航空輪胎簾線增強橡膠復合材料結構的橡膠體進行剖分得到若干個橡膠基體單元，在每個橡膠基體單元內創建簾線平面單元；步驟二、建立橡膠基體單元平衡方程與簾線平面單元平衡方程；步驟三、計算橡膠基體單元與簾線平面單元的內埋約束關系；步驟四、根據步驟二的簾線平面單元的平衡方程和步驟三的內埋約束關系，消去簾線平面單元的自由度，得到最終橡膠基體內埋簾線平面單元的平衡方程。本發明提高了航空輪胎簾線增強橡膠復合材料建模效率，縮短了有限元模型的求解時間。

技術領域

本發明涉及航空輪胎結構設計領域，具體涉及航空輪胎簾線增強橡膠復合材料有限元建模方法。

背景技術

航空輪胎主要由簾線增強橡膠復合材料構成。簾線結構鋪層復雜，決定了輪胎結構的剛度和強度。在最近十多年里，得益于非線性有限元理論和計算機軟硬件的快速發展，輪胎結構有限元分析已經可以減少或取代部分輪胎試驗。因此，在輪胎有限元復雜工況仿真分析中，精確、快速有限元建模的研究仍是重中之重。橡膠內埋簾線有限元模型技術是可行的解決方案之一：首先對橡膠基體和簾線結構分別進行網格剖分，然后建立橡膠基體單元和內埋簾線平面單元的平衡方程，最后建立橡膠基體單元與簾線平面單元的內埋約束關系，從而實現簾線增強橡膠復合材料變形。但是，簾線增強橡膠復合材料有限元模型的建模精度和求解效率依賴橡膠基體單元與簾線平面單元的內埋約束關系。目前，國內外輪胎企業主要借助于商業有限元軟件來進行仿真分析，但是簾線增強橡膠復合材料結構有限元模型建模復雜、求解速度慢，造成工程師建模困難、設計周期長。

發明內容

針對傳統建模方法中橡膠與簾線平面單元的內埋約束復雜且求解時間長的問題，本發明提供了航空輪胎簾線增強橡膠復合材料有限元建模方法。

航空輪胎簾線增強橡膠復合材料有限元建模方法，包括如下步驟：

步驟一、對航空輪胎簾線增強橡膠復合材料結構的橡膠體進行剖分得到若干個橡膠基體單元，在每個橡膠基體單元內創建簾線平面單元；

步驟二、建立橡膠基體單元平衡方程與簾線平面單元平衡方程；

步驟三、計算橡膠基體單元與簾線平面單元的內埋約束關系；

步驟四、根據步驟二得到的簾線平面單元的平衡方程和步驟三得到的內埋約束關系，將簾線平面單元的剛度和載荷均疊加到該簾線平面單元對應的橡膠基體單元上，得到最終橡膠基體內埋簾線平面單元的平衡方程。

本發明的有益效果是：

本發明航空輪胎簾線增強橡膠復合材料有限元建模方法的有益效果在于：通過構建橡膠基體單元和內埋橡膠基體單元中的簾線平面單元有限元模型，提高了航空輪胎簾線增強橡膠復合材料建模效率。本發明將簾線平面單元創建在橡膠基體單元內部，通過簾線平面單元的剛度和載荷疊加到對應的橡膠基體單元上，消去簾線平面單元的自由度，縮短了有限元模型的求解時間。本發明為航空輪胎設計提供一種有效且精度高的建模方法。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。

圖1為本發明航空輪胎簾線增強橡膠復合材料有限元建模方法的流程圖。

圖2為本發明航空輪胎簾線增強橡膠復合材料有限元建模方法的航空輪胎結構網格剖分流程圖；

圖3為本發明航空輪胎簾線增強橡膠復合材料有限元建模方法的六面體和五面體橡膠單元內埋四節點簾線平面單元示意圖；

圖4為本發明航空輪胎簾線增強橡膠復合材料有限元建模方法的簾線結構等效為平面單元示意圖；