汽车轮胎二维稳态温度场的数值分析(1)

2002年MSC.Software中国用户论文集

汽车轮胎二维稳态温度场的数值分析

李杰魏建华赵旗

(吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室)

摘要: 通过对滚动轮胎进行合理假设，在MSC.Patran系统中建立了国产9.00-2012PR尼龙斜交轮胎二维稳态温度场有限元分析模型，用MSC.Nastran热分析求解器计算了轮胎的温度场分布，计算结果反映了轮胎的温度分布。通过拟合得到最高温升与车速的基本线性关系，该公式可以用来简单预测轮胎不同车速稳态的最高稳升，对轮胎结构设计与使用有一定的指导意义。

关键词:轮胎斜交轮胎有限元温度场 MSC.Patran

1 前言

对轮胎生热及其温度场的研究有试验法和数值计算法[1-3]。试验法是通过试验直接测量轮胎温度场的分布，这种方法有一定的局限性。随着有限元技术和计算机技术的发展，越来越多的研究者采用数值计算法获得轮胎温度场的分布，以便在设计之初就能优化轮胎结构和进行配方设计，提高轮胎的使用寿命。

本文应用MSC.Patran系统对汽车轮胎二维稳态温度场进行数值分析，通过计算得到轮胎达到生热与散热平衡时的温度场，以便为轮胎寿命预测提供依据。

2 汽车轮胎二维稳态温度场的有限元建模

*高等学校博士学科点专项科研基金及高等学校骨干教师资助计划资助项目

2.1 汽车轮胎二维稳态温度场的基本假设

汽车轮胎温度场分析是一个非常复杂的课题，为了简化计算，对轮胎温度场模型提出如下假设：

（1）轮胎形状是轴对称，不计花纹的影响。

（2）轮胎滚动过程中，其周向方向不存在温度梯度，任一微元体从地面所吸收的功，被均匀分配到整个圆周上，即周向无温

度梯度假设。

（3）轮胎在定载和定压状态下工作，由橡胶组成，且材料为各向同性。

（4）轮胎在连续行驶一段时间后，达到热平衡状态，可看作稳态热传导问题。

（5）忽略接触摩擦生热和辐射换热。

根据上述假设，可将汽车轮胎温度场分析问题简化为通过对称轴的一个子午线平面来计算模拟轮胎内部温度分布的二维平面问题。

2.2 MSC.Nastran的热分析功能

MSC.Patran系统中链接的求解器MSC.Nastran具有较强的传热分析能力，提供了一维、二维、三维、轴对称等传热分析单元，可求解各种形式的传热问题：传导、对流和辐射，可以进行稳态或瞬态传热分析，线性和非线性传热分析。它提供的材料热属性有：导热率，比热，密度，热容等，对于线性稳态热分析，用到只是导热率。