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半钢轮胎有限元仿真过程中的建模自动化

杨进殿  
【摘要】:近年来我国汽车工业发展迅速,已成为国民经济发展的重要支柱产业之一轮胎制造业作为汽车工业的重要组成部分也随之发展迅猛。随着轮胎力学的发展,轮胎有限元法作为实验法之外的另一主要研究手段日益受到重视,国外各大轮胎公司已逐步建立专用轮胎有限元仿真分析系统,国内轮胎公司也在积极探索之中,有的已初步完成。轮胎有限元模型建模作为有限元仿真分析系统的第一步,直接关系到后续仿真分析的正确性与准确性。目前国内建模过程大多手动完成,其中网格划分、材料属性赋值以及单元和曲面集合的建立过程操作繁复,耗时长,且极易出错。为解决上述问题,本文开发了半钢子午线轮胎有限元建模流程自动化程序,该程序将轮胎有限元建模过程规范化与流程化,大量节省建模时间,降低出错率,为轮胎有限元仿真系统的建立奠定了基础。文章总结了典型载荷工况下轮胎有限元分析过程,基于ABAQUS有限元分析软件规划了轮胎通用有限元模型的建模流程。针对半钢轮胎的三种主要材料—橡胶、帘线-橡胶与钢丝,详细对比了各种理论模型的优缺点及适用情况,并建立基于ABAQUS的详细建模流程。在上述基础上,确定了建模流程自动化的整体系统设计与详细开发方案。基于AutoCAD二次开发,采用内嵌的Visual LISP语言开发了轮胎有限元建模几何清理模块,编写了样条曲线和多线段的筛选及清理程序,对后续建模过程中不支持的线条进行修改替换,解决CAD与CAE之间的接口问题,实现两个部分间几何模型的顺利衔接。在完成前期清理后,编写部件图层创建程序,依据轮胎材料部件进行图层分配,在导入CAE软件后可自动依据图层创建部件,为后续建模自动化奠定基础。基于HyperMESH二次开发,使用Tcl/Tk语言开发半钢轮胎有限元建模流程自动化中的几何导入清理模块、网格划分模块、单元创建模块和材料属性赋值模块。对建模过程中耗时长易出错的流程进行规范化与自动化,采用自主开发GUI与HyperMESH界面结合的方式,最大限度减少操作步骤,简化流程。采用上述建模流程自动化技术生成半钢轮胎有限元模型,对轮胎进行充气过程仿真分析。在充气载荷作用下,轮胎胎侧胎冠变形明显,胎肩变形较小,带束层与胎圈钢丝帘线承担了大部分充气压力。轮胎静态接地仿真分析中,下沉量与载荷大致呈线性关系;轮胎接地印痕近似呈椭圆形,随着载荷增大逐渐趋向于矩形;充气压力较小时,会出现胎肩部位接触压力大于胎冠部位的“翘曲”现象,容易造成胎肩磨损。两个实例仿真结果均与实际情况相符,证明了建模流程自动化技术的有效性。


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