Page 100 - 《橡塑技术与装备》2025年8期

橡塑技术与装备
HINA R&P TECHNOLOGY AND EQUIPMENT

1.3 定义属性、边界条件及加载 定义橡胶材料和钢丝帘线的材料特性外，还需定义钢
将得到的二维网格导入到 abaqus 中，首先定义属 丝帘线的横截面积、间距和帘线与子午面的夹角。
性分别定义网格单元和接触等属性，定义轮胎各部位 1.7 单元类型
的材料属性，定义边界条件；然后模拟轮胎装配、充气。 有限元分析计算软件 ABAQUS，现行的通用性较
为解决有限元仿真分析的关键问题—接触，通过下述 广，属于全球范围内适用，为了解决用户在实际工程
两项措施，提高过程的计算精度、计算效率。 中出现的各类问题，ABAQUS 在其单元库中构建了大
（1）将轮胎行驶的路面和轮胎装配使用的轮辋， 量的单元类型，供其选择。这样用户将面临 “ 选取单
在定义方面为解析刚体。 元类型 ” 的困扰。ABAQUS 分析软件根据 “ 自由度信
（2）接触方式采用面面接触。 息、节点数量、差值函数的阶次和单元的数学描述方
二维分析时，先将轮胎两侧胎圈部位沿轴向进行 式 ” 等不同的排列和不同的使用范围，单元类型总计
一定的位移，再对轮胎内表面施加均匀的法向压力， 被划归为八个大的类型，需要根据具体出现的问题进
实现轮胎的充气。 行针对性的分析、综合考虑后选定。
1.4 轮胎三维有限元模型及仿真 ABAQUS 中，通过模拟“泊松比 υ=0.5”的不可
在 ABAQUS 中，三维模型的生成主要通过 压缩材料或者模拟 “ 泊松比 υ﹥0.475” 的接近于不可压
*symmetric model generation 关键字的运用，并将轮 缩材料，是 ABAQUS 单元库中的杂交单元的主要用
胎二维模型进行旋转。在旋转过程中需对轮胎与路面 途。
接触的部位进行网格加密，以保证仿真计算的精确性 在 ABAQUS 单元库中，与杂交单元相对应的是
与收敛性。 实 体单 元。当“ 泊松 比 υ=0.5”（ 不可 压缩 ）的 材料
五向刚度仿真时首先将轮辋进行固定，预加载方 受力后发生形变，其体积不变，不能使用节点的纯
面，方式为对地面施加位移进行预加载，精确加载方 位移差值函数来构造单元（适用于压缩材料）。为此
面，方式为施加作用力，这样计算的收敛性得到提高。 ABAQUS 软件专门构建一种特殊用途的“杂交单元”，
1.5 材料性能 用以解决“泊松比 υ=0.5”的材料（不可压缩）仿真
在 abaqus 分析软件中，Mooney-Rivilin、Yeoh、 的问题。单元压应力附加的自由度信息可以直接通过
Ogden 等本构模型，均可用于处理橡胶材料。这些本 杂交单元来确定，节点的位移场可以计算偏应力和偏
构模型均有自己的独特之处，对橡胶材料力学性的表 应变。
征效果也各有千秋，有的模型优势是 —— 拟合小变形 ABAQUS 分析软件中的单元库，每个 “ 单元 ” 名
的试验数据，有的模型优势则反其道而行之 —— 适合 称具有唯一性，它们的名称用以表征单元 “ 单元族、
拟合大变形的试验数据。本项目结合轮胎相应的力学 自由度信息、节点数量、数学描述、积分形式 ” 等五
特性，同时为了达到更高的精度和稳定性，选用与之 个方面的基本信息。轮胎是轴对称的，我们建立二维
比较切合的 Yeoh 本构模型。 （轴对称）模型模拟其断面，使用轴对称单元。橡胶材
1.6 带束、胎体、胎圈等骨架材料 料的四边形使用 CGAX4H 模拟，橡胶材料的三角形
半钢子午线轮胎的骨架材料包含 ：胎体、带束层、 使用 CGAX3H 模拟 ； surface 单元 SFMGAX1，应对
冠带层、胎圈，它们都是复合材料，因为其各向异性 rebar 单元，同样是轴对称的。当橡胶材料单元，扩展
的性质，模拟的难度较大。解决方案，通过嵌入加强 为 C3D8H、C3D6H 单元以后，模型完成二维到三维
筋 (rebar) 单元的方法来模拟钢丝帘线的力学性能。这 模型的转变，且单元从 rebar 扩展为 SFM3D4R。
种嵌入加强筋 (rebar) 单元的方法是 ABAQUS 软件中
自带的一种方法，用于基体单元模拟橡胶材料力学性 2 仿真分析及实验验证
能 [6] 。这种嵌入加强筋的方法更加简单有效（与各向 实验室中五向刚度试验测试使用的设备的生产厂
异性的材料模型相比）。 家是 ：浩大轮胎测试装备有限公司产品。
在 ABAQUS 中，加强筋可以定义在 surface 单元 该试验设备上配有位移和力两种传感器，用于测
或者 membrane 单元上。本 项目采用在 surface 单元 量轮胎的五种刚度特性，可以验证轮胎结构的性能等
内定义加强筋层的方法。定义加强筋负荷材料参数除 信息。

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