全钢载重子午线轮胎结构有限元分析

1、Mar120, Workshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-1全钢载重子午线轮胎结构的有限元分析青岛科技大学高分子科学与工程学院Mar120, Workshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-2全钢载重子午线轮胎的有限元分析主要内容：q 几何模型的建立q 材料模型的建立q 边界条件的施加q 结果分析q 结论Mar120, Workshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-3全钢载重子午线轮胎的有限元分析图1 二维和三维轮胎有限元模型

2、2-D 模型模型344 nodes, 274 elements 3-D 模型模型12385 nodes and 9864 elements 1.几何模型Mar120, Workshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-42.材料模型Yeoh 模型加强筋模型钢丝帘布钢丝圈橡胶图2 轮胎有限元分析的材料模型Mar120, Workshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-53.边界条件v 充气压力800KPav 负荷29.4KNv 下沉量28mmv 滚动速度100Km/h Mar120, Wor

3、kshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-64.计算结果图3.轮胎与轮辋接触 Mar120, Workshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-7轮胎有限元模拟结果-充气断面尺寸 表表1 实测结果与计算结果的比较实测结果与计算结果的比较 实测值 (mm)计算值 (mm)充气外直径1)10501050.20充气断面宽1)273277.96轮胎外直径 2）-1050.85轮胎断面宽 2）-277.421）仅在充气压力800KPa下2）在充气压力800KPa和100Km/h下自由旋转Mar120

4、, Workshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-8轮胎有限元模拟结果-充气压力下 图4 轮胎在不同充气压力下第二带束层不同位置的应力分布0100200300400500600700800020406080100120eq/MPap/kPa node122 node123 node124 node125Mar120, Workshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-9轮胎有限元模拟结果-充气压力下 0.000.020.040.060.080.100510152025周向应力/MPa弧长

5、/m belt1 belt2 belt3 0 belt图5 轮胎在充气压力下各带束层中的周向应力分布Mar120, Workshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-10轮胎有限元模拟结果-充气压力下 0.000.020.040.060.080.10-5-4-3-2-101234剪应力/MPa弧长/m belt1 belt2 belt3 00belt图6. 轮胎在充气压力下各带束层中的剪应力分布Mar120, Workshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-11轮胎有限元模拟结果-充气压力

6、和离心作用 图7. 轮胎在充气压力和离心载荷下带束层和胎体层中的等效应力分布Mar120, Workshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-12图8. 轮胎在垂直负荷下的变形Mar120, Workshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-13图9. 轮胎在垂直负荷下最低断面中的应变能密度分布Belt edge crack example from a steel belted radial tireChafer delaminatingMar120, Workshop 10, March

7、 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-14静态接地印痕 下沉量为5.6mm 下沉量为11.2mm 下沉量为17.9mm 下沉量为28mm 图10. 轮胎在不同下沉量下的接地印痕Mar120, Workshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-15( 下沉量28mm, 负荷 29400N)图11. 轮胎在垂直负荷下接地压力分布Mar120, Workshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-16( 下沉量28mm, 负荷 29400N)图12. 轮胎在垂直负荷下接地

8、面上的剪应力分布Mar120, Workshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-17( 下沉量28mm, 负荷 29400N)图13. 轮胎在垂直负荷下剪应力分布Mar120, Workshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-18( 下沉量28mm, 负荷 29400N)图14. 轮胎在垂直负荷下剪应力分布Mar120, Workshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-19图15. 轮胎在接地印痕上的不同断面位置Mar120, Wor

9、kshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-200.000.050.100.150.2050100150200250300vertical load=29400Nvertical deflection=28mm R1 R2 R3 R4接地法向力/N弧长/m图16. 轮胎在垂直负荷下不同横向断面中的接地法向力分布Mar120, Workshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-21图17. 轮胎在垂直负荷下不同周向断面中的接地法向力分布0.000.050.100.150.200.2510012

10、0140160180200220240260280300vertical load=29400Nvertical deflection=28mm C1 C2 C3 C4 C5接地法向力/N弧长/mMar120, Workshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-22051015202530051015202530垂直负荷/KN下沉量/mm图18. 轮胎的负荷与下沉量的关系Mar120, Workshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-23静态接地0.00 0.02 0.04 0.06 0.

11、08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20-4.0 x107-2.0 x1070.02.0 x1074.0 x1076.0 x1078.0 x1071.0 x1081.2x108 p=0.8MPa p=0.8MPa,F=29.4kN周向应力/Pa弧长/m图19. 轮胎在施加垂直负荷前后最低断面第二带束层中的周向应力Mar120, Workshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-240.000.020.040.060.080.100.120.140.160.05.0 x1071.0 x1081.5x1082.0 x108

12、 p=0.8MPa p=0.8MPa,F=29.4kN周向应力/Pa弧长/m静态接地图20. 轮胎在施加垂直负荷前后最低断面第一带束层中的周向应力Mar120, Workshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-250.000.020.040.060.08-8.0 x107-6.0 x107-4.0 x107-2.0 x1070.02.0 x1074.0 x1076.0 x1078.0 x1071.0 x1081.2x108 p=0.8MPa,F=29.4kN p=0.8MPa周向应力/Pa弧长/m静态接地图21. 轮胎在施加垂直负荷前后最低

13、断面第三带束层中的周向应力Mar120, Workshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-26静态接地0.0000.0050.0100.0150.0200.0250.0300.0350.040-4.0 x107-2.0 x1070.02.0 x1074.0 x1076.0 x1078.0 x1071.0 x108 p=0.8MPa,F=29.4kN(外层) p=0.8MPa (外层) p=0.8MPa,F=29.4kN(内层) p=0.8MPa (内层)周向应力/Pa弧长/m图22. 轮胎在施加垂直负荷前后最低断面第四带束层中的周向应力Ma

14、r120, Workshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-27(负荷 29.4KN, 速度 100Km/h)0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20-2.0 x1070.02.0 x1074.0 x1076.0 x1078.0 x1071.0 x1081.2x1081.4x108 静态 滚动周向应力/Pa 弧长/m稳态滚动分析 图23. 轮胎在负荷下滚动前后最低断面第二带束层中的周向应力Mar120, Workshop 10, March 2001Tire FEA, 20

15、22年3月29日星期二WS 1-28稳态滚动分析 0.000.050.100.150.200.257.0 x1077.5x1078.0 x1078.5x1079.0 x1079.5x1071.0 x1081.1x1081.1x108 V=100Km/h p=0.8MPa,F=29.4kN p=0.8MPa周向应力/Pa 弧长/m图24. 轮胎在不同工况下最低断面胎体层中的周向应力(气压800kPa, 负荷 29.4KN, 速度 100Km/h)Mar120, Workshop 10, March 2001Tire FEA, 2022年3月29日星期二WS 1-29全钢载重子午线轮胎的有限元分析全钢载重子午线轮胎的有限元分析结论：结论：轮胎与轮辋接触的模拟结果与实际情况是一致的。轮胎充气断面直径和充气断面宽与实测值相近。轮胎在充气过程中，带束层不同位置的应力随充气压力的增大，呈线性增大。轮胎的接地印痕的大小随着下沉量的增大而增大；形状由椭圆逐渐变为矩形，与实际情况一致。 轮胎接地印痕上的压力分布是不均匀的，近似呈马鞍形。轮胎的垂直负荷与下沉量大致呈线性关系。Mar12