基于rebar单元的载重子午胎有限元分析

摘要

随着有限元技术和计算机技术的发展，有限元分析已经逐渐成为子午线轮胎结构分析的主要手段，成为人们认识轮胎结构的力学性能提供了强有力的工具。轮胎中帘线骨架材料是主要的受力部件，基于有限元分析技术发展了一系列现代设计理论与方法，这些理论都十分重视帘线的作用，然而目前国内外文献中关于帘线受力特征的较系统的研究报道不多。本文应用ABAQUS程序的非线性分析技术，建立了载重子午线轮胎(12.00R20)的三维有限元模型，重点分析了轮胎静态加载、自由滚动以及侧偏滚动时各帘线的受力分布规律。
　　 针对轮胎中的橡胶-帘线复合材料，本文采用的是目前常用的rebar模型，在面单元中定义rebar单元，再将该面单元嵌入到相应的实体单元内。针对轮胎中实际使用的各种橡胶材料，进行了单向拉伸测试，利用ABAQUS软件对试验结果进行回归和评价表明，YEOH模型可以较好表征橡胶材料力学性能的。
　　 建立的模型准确与否直接关系到计算结果的可靠性，本文利用轮胎载荷-下沉量，充气后的断面宽和外周长变化、帘线力测试等试验对有限元分析结果进行考证。证实了所采用的建模方法是可取的，建立的模型是可靠的。并较详细地分析了不同工况下各帘线力的分布规律，从而得到了一些有指导意义的结论：(1)静负荷对轮胎接地区域内帘线受力影响显著，随着载荷的增加，带束层和胎体端部周向帘线力以接地影响区边缘为变化的分界点；轮胎径向截面内胎圈部的胎体帘线力随载荷的增加变化不大；(2)与静态加载情况相比，轮胎在自由滚动情况下端部帘线力的分布规律是几乎相同的，在数值上只有1＃和2＃带束层端部周向帘线力增加幅度是最大的，而在胎体层端部帘线力变化不大。不同的速度对于胎冠部帘线力分布的影响要比在胎圈处的影响大。(3)随着侧偏角度的增大侧偏力也逐渐增加，不同的侧偏角对于胎冠部带束层的影响较大，而对于胎圈部影响较小，在侧偏力的影响下，轮胎左右两侧的帘线力呈现出不同的分布规律。(4)在胎冠部主要是1＃和2＃带束层受力，占总帘线力近70％左右，在2＃带束层的端部附近其帘线力的分担率有突变。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 轮胎的发展历史

1.2 轮胎力学理论研究概述

1.3 国内外轮胎力学特性有限元研究概况

1.4 本论文研究内容及其意义

第二章 轮胎有限元分析方法的理论基础及在ABAQUS中的应用

2.1 轮胎的非线性问题描述

2.1.1 材料非线性

2.1.2 几何非线性

2.1.3 接触非线性

2.2 非线性方程组的解法

2.3 轮胎大变形应变、应力描述

2.3.1 大变形情况的应变描述

2.3.2 大变形情况的应力描述

2.4 轮胎大变形增量问题描述

2.5 动力学问题的有限元法

2.5.1 达朗贝尔原理和动力学方程

2.5.2 哈密尔顿原理和动力学方程

2.5.3 系统的动力响应

2.5.4 中心差分法

第三章 有限元模型的建立

3.1 橡胶材料模型的选取

3.1.1 橡胶材料模型简介

3.1.2 橡胶本构模型的选取

3.1.3 橡胶-帘线材料模型选取

3.2 单元类型的选取

3.2.1 选择原则

3.2.2 线性缩减积分单元的优缺点

3.3 载荷工况及边界条件

3.3.1 过盈工况

3.3.2 装配工况

3.3.3 充气工况

3.3.4 静态加载工况

3.3.5 自由滚动工况

3.3.6 侧偏滚动工况

3.4 本章小结

第四章 模型验证

4.1 几何清理及网格划分的注意事项

4.2 两种建模方法的比较

4.2.1 ABAQUS三维实体单元建模方法

4.2.2 HYPERMESH三维实体单元建模方法

4.3 轮胎断面内网格数的确定

4.3.1 网格疏密问题

4.4 模型验证

4.4.1 外特性试验验证

4.4.2 内特性帘线力试验验证

4.4.3 不同模型仿真结果间的比较

4.5 本章小结

第五章 载重子午线轮胎静态帘线力分析

5.1 分析路径的定义

5.2 不同静载下a=180°的接地断面帘线受力分布的主要特征

5.3 不同载荷下各帘线端部帘线力沿圆周方向分布

5.4 本章小结

第六章 载重子午线轮胎的动态滚动帘线力分析

6.1 分析路径的定义

6.2 自由滚动工况帘线力分布

6.2.1 自由滚动周向帘线力分布的主要特征

6.2.2 帘线力分担率

6.3 侧偏滚动工况周向帘线力分布

6.3.1 侧偏力和侧偏角的仿真结果

6.3.2 周向帘线力分布的主要特征

6.3.3 侧偏滚动工况下各横截断面帘线力分布

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 本文内容

7.2 工作展望

参考文献

致谢

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