轮胎的有限元分析
轮胎模具底座有限元模拟及疲劳分析
胡海明等．轮胎模具底座有限元模拟及疲劳分析
65
轮胎模具底座有限元模拟及疲劳分析
胡海明，王 芹*
（青岛科技大学 机电工程学院，山东 青岛 266061）
摘要：应用Abaqus有限元模拟软件对硫化工况下的轮胎模具底座进行热力耦合和力学性能分析，应用Fe-Safe软件
对 不 同 厚 度 和 滑 板 结 构 的 底 座 进 行 疲 劳 损 伤 和 使 用 寿 命 计 算 。 结 果 表 明 ：轮 胎 模 具 底 座 的 最 大 应 力 出 现 在 U 形 螺 栓 槽
1 轮胎模具底座的受力分析 轮 胎 硫 化 时，模 具 底 座 主 要 承 受 硫 化 机 合 模
力、成型胶囊压力以及硫化机下热板的支撑力[2]， 如图1所示。
F1为 硫 化 机 下 热 板 对 模 具 底 座 的 支 撑 力 （kN）。
R1
F3
R0
F2
F1
图1 轮胎模具底座受力模型
作者简介：胡海明（1964—），男，山东临沂人，青岛科技大学教 授，硕士，主要从事模具计算机辅助设计的教学与科研工作。
140 mm
从 图3可 以 看 出：底 座 的 最 大 应 力 为137. 5 MPa，主要出现在与硫化机下热板连接的U形螺栓 槽处；底座的最大变形为0. 03 mm左右，主要分布 在与底座U形螺栓槽成45°的外围圆周上。除U形 螺栓槽外，底座应力均较小，且与下侧板接触处应 力约为5 MPa。
3 不同结构的轮胎模具底座的力学性能 3. 1 滑板形状和底座厚度对底座的影响
66
橡 胶 工 业
2020年第67卷
1 440
ˀऄए໎
ଋᝎܪ
48
ˀʽΞଋᝎܪ
图2 轮胎模具底座三维模型图
带束层角度对全钢载重子午线轮胎性能影响的有限元分析
带束层角度对全钢载重子午线轮胎性能影响的有限元分析带束层角度对全钢载重子午线轮胎的性能影响一直是轮胎设计和制造领域的研究热点之一、全钢子午线轮胎作为目前使用最广泛的轮胎种类之一，其性能对车辆的运行安全和平稳性具有重要的影响。
因此，深入研究带束层角度对全钢载重子午线轮胎性能的影响具有重要的理论和实际意义。
全钢载重子午线轮胎的带束层是由多层帘线交互编织而成，其角度决定了轮胎带束层的刚度、强度和变形特性等。
带束层角度的变化会直接影响轮胎的纵向刚度和侧向刚度等重要性能指标。
在不同的工况下，带束层角度的合理选择对轮胎的抓地性能、操控性能、舒适性和防滑性能等都有着重要的影响。
进行带束层角度对全钢载重子午线轮胎性能影响的有限元分析，可以通过建立轮胎的有限元模型，模拟轮胎在各种工况下的受力和变形过程，从而分析带束层角度对轮胎性能的影响。
通过有限元分析，可以评估不同带束层角度下轮胎的刚度、强度和变形特性等性能指标，进而选择满足要求的带束层角度。
在有限元分析中，需要考虑的因素包括轮胎的材料特性、轮胎结构参数、轮胎受力和变形情况等。
通过引入适当的轮胎材料模型和工况加载模型，可以更真实地模拟轮胎在实际工况下的受力和变形情况。
通过有限元分析，可以评估不同带束层角度下轮胎的纵向刚度、侧向刚度、接地性能、操控性能、舒适性和防滑性能等性能指标。
根据分析结果，可以确定最佳的带束层角度，以满足轮胎性能的要求。
同时，也可以通过有限元优化设计，优化轮胎的带束层角度，以进一步提高轮胎的性能指标。
综上所述，通过带束层角度对全钢载重子午线轮胎的有限元分析，可以深入研究带束层角度对轮胎性能的影响，并为轮胎的设计和制造提供理论指导和技术支持。
这将对提高全钢载重子午线轮胎的性能、延长轮胎使用寿命和提高车辆运行安全性具有重要的意义。
实心橡胶轮胎非线性有限元分析
Ｆ ｎｔ ｌｍｅｎ ｎ ｌｓｓ ｏｎ ｎ ｎｉｅ ｒ ｙ ｏ ｏ ｉ ｉ ｉｉ ｅｅ ｅ ｔ ａｙ ｉ ｏ ｌ ａ ｉ ｆ ｌ ｔ ｅ ａ ｎ ｔ ｓ ｄ ｒ
第６ 期 ２ １ 年 ６月 ０１
文章编号 ：０ １ ３ ９ （０ ）６ ０ ６ — ２ １０ — ９ ７ ２ １ ０ — ０ ５ ０ １
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｈｉ ｅ ｙ Ｄｅ ｉｎ ｃ ｎ ｒ ｓｇ ＆ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｅ ｎ ｆ ｃｕｒ ６ ５
实心 橡胶轮胎非／ Ｊ 线 陛有 ｎ２ＷＵＨａｇ，ＨＥ ｉｇｃａｇ Ｕ ｉＺ Ｎ ｈｎ ｚｏｇ， ｎ Ｉ ， Ｃ ＮＱｎ－ｈｎ
（ ｈ ｃｄ ｍ ｆ ｒ ｒｄＦ ｒｅ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｂ ｉｎ ０ ０ ２ Ｃ ｉａ ｅＡ ａ ｅ ｙｏ ｍｏｅ ｏｃｓ ｇｎｅｉ ， ｅ ｉｇ１ ０ ７ ， ｈｎ ） Ｔ Ａ Ｅ ｎ ｊ （ ｎｔｕｅｏ ｒ ｒｄＦ ｒｅ ｑ ｉｍｅｔ ｎ ｅ ｈ ｏｏｙ Ｂ ｉｎ ０ ０ ２ Ｃ ｉａ ２ ｓ ｔｔ ｆ ｍｏｅ ｏｃｓ ｕｐ ｎ ｄＴ ｃ ｎ ｌｇ ， ｅ ｉｇ１０ ７ ， ｈｎ ） Ｉ ｉ Ａ Ｅ ａ ｊ
Ｋ ｅ ｒ ｓ Ｓ ｌ ｒ ； ｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｅ ｄ； ｎ ｉ ｅ ｒｆｎ ｔ ｌ ｍ ｅ ｔａ ａ ｙ ｉ ｙ ｗｏ ｄ ： ｏ ｉ ｔ ｅ Ｔｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｆ ｌ Ｎｏ ｌ ａ ｉｅ ｅｅ ｎ ｎ ｌ ｓｓ ｄ ｉ ｉ ｎ ｉ
中图分类 号 ：Ｈ１ 文 献标识 码 ： Ｔ ６ Ａ
１ 引言
作为履带车辆的主要承载部件 ， 负重轮实心轮胎要 承担整
子午线轮胎稳态滚动侧偏特性有限元分析
胎 面的剧 烈磨 损 。因此 ， 究 轮 胎 的侧 偏 特 性 对 研 研究 和改进 车辆 的转 弯操 纵性 能 和行驶 稳定 性 以
及提 高胎 面 的耐 磨 性 能 ， 具 有 重 要 意 义 。国 内 都
外 许 多学 者［ 分 别 利 用 解 析 或 经 验 模 型 、 值 １ ］ 数 计 算模 型及 实验 对轮 胎 的侧偏 特性 进行 研究 。 本 研 究 工 作 以 １ ５ ７ Ｒ１ Ｃ 半 钢 子 午 线 轮 ８ ／０ ４ 胎 为例 ， 考虑 了轮胎 与 轮辋 的接 触 非 线性 边 界 条
２ ２ 垂直 加载 荷 ．
在 平面 轴对 称模 型 的基 础 上 创 建 完 整 的 ３ Ｄ 模 型 。生成 ３ Ｄ模 型前 在 平 面轴 对 称模 型 中把 轮
建 立刚性平面作 为路 面 ， 并将其 向轮胎 最低点
外 移 ５Ｔｆ使 轮胎与地面 预先分离 ， ｌｌ Ｉｒ， 通过路 面 向轮
装 配过程 ， 轮胎 到达 装 配 位 置 。接 触 刚 体定 义 为 轮辋 ， 接触 变形 体 定 义 为 轮胎 。激 活随 动 载荷 选 项 ， 轮 胎 内表 面 线 性 施 加 充 气 压 力 逐 步 达 到 在
图 ２ 轮 辋 装 配前 轮 胎 断 面
４ ０ｋ ａ ５ Ｐ 。
１２ 三维 有 限元分 析模 型 ．
角 的关 系 。
车力等 的作 用 。当车 辆 转 弯 行驶 时 ， 者 由 于地 或 面的倾斜 以及受 侧 向风 力 的影 响 ， 胎将 发 生 侧 轮
偏 。轮胎 为 车辆 提 供 所 需 要 的横 向力 和力 矩 ， 其
１ 轮 胎 有 限 元模 型
载重子午线轮胎接地特性的有限元分析
的安 全性 、 耐久 性 、 经济 性 、 舒 适性 、 行驶 性 能 的要
各 向同性 的橡 胶 材 料 。胎 体 、 带 束层 、 胎 圈包 布 、
锦 纶增 强 层 和 钢 丝 圈采 用 各 向异 性 的橡 胶一 帘线 复合材 料 。胎体 帘布 、 带束 层 和钢丝 圈采用 ｒ ｅ ｂ ａ ｒ 嵌入 式单 元处理 ， 钢 丝帘 线 为 各 向 同性 的线 弹性 材料 ， 帘 线角度 在 负 荷作 用 下 随胎体 曲率 变 化 而
速度提高 ， 轮胎接地印痕纵轴变长、 横 轴变 短 ， 但是接地面积增大 ， 总接地反力也 增大 ； 摩 擦 因数 对 轮 胎 的 自 由滚 动 半
径影响较小 ， 但摩擦因数越大 ， 纵 向 剪切 应 力 越 大 ， 胎面越容易磨损 ； 随 着 侧偏 角增 大 ， 接 地 高 压 区逐 渐 向 一 边移 动 ， 接
作者简介 ： 冯琳 阁（ １ ９ ８ ５ 一） ， 女， 山东 聊城人 ， 青 岛 科 技 大 学
一Ｉ 。
式 中， Ｋ 为法 向接 触 刚 度 ， ｇ为 根 据 接触 节 点 相
在读硕士研究生 ， 主要从事轮胎有限元分 析研究 。
对 于 目标平 面 的位 置确 定 的间 隙值 ， Ｋ 为 切 向刚
轮
胎
工
业
２ Ｏ １ ３年 第 ３ ３ 卷
度； 叼 为接 触节点 相对 于 目标 平 面 的 弹性 变形 ； Ｆ
为静、 动摩 擦 因数 之 比 ； ｆ 为 库 仑 摩 擦 模 型 的极
限滑动力 。
ｆ 一 一 ｛ ｎ
式 中， 为滑动 摩擦 因数 。 １ ． ３ 轮 胎 与地面接 触 的三维有 限元模 型 首 先在 Ａｂ ａ ｑ ｕ ｓ软 件 中调 入 在 Ｃ Ａ Ｄ 中生 成 的 １ １ ． ０ ０ Ｒ ２ ０轮 胎 的材料 分 布 图 ， 生成 子 午 面二 维 网格 。然 后使 用 ｓ ｙ ｍｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ 关 键字 将轴 对称模 型 旋转 ３ ６ ０ 。 生 成 三 维模 型 ， 在 接 地部 位 网格 细化 为 ２ 。 ， 其 余部 位 为 ５ 。 。三 维有 限元模 型如 图 １所示 ， 模 型共有 １ ６ ４ ４ ７ ５个单 元 、 １ ７ ５ ２ ２ ７个 节 点。橡 胶 材 料 采 用 Ｃ ３ Ｄ ８ ＲＨ， Ｃ ， 骨 架 材 料 采 用
载重子午线轮胎静态接地影响因素的有限元分析
本 工作 以 １ １ ． ０ ｏ Ｒ ２ Ｏ全钢 载 重 子午 线 轮 胎 为
例， 使 用 Ａｂ ａ ｑ ｕ ｓ ／ Ｃ ＡＥ软 件模拟 研 究 轮胎 静 态 接
地 时下 沉量 的影 响 因素 ， 并 对 接地 时胎 面 的 压力 分 布 和 Ｍｉ ｓ ｅ ｓ 应 力分 布进 行 分 析 ， 以期 为 提 高 轮 胎 的使 用性 能提 供参 考 。 ２ 轮胎 下沉量 理论 和计算 方 法
橡
胶
工
业
２ ０ １ ３年 第 ６ Ｏ卷
载 重 子 午线 轮 胎 静 态接 地影 响 因素 的有 限元 分 析
李文 博 ， 冯琳 阁 ， 赵 长松 ， 辛振祥
（ 青 岛科 技 大 学 轮 胎 ＲＣ ＡＤ研 究 室 ， 山东 青 岛 ２ ６ ６ ０ ４ ２ ）
摘要 ： 应 用 Ａｂ ａ ｑ ｕ ｓ ／ Ｃ ＡＥ有 限 元 分 析 软 件模 拟研 究 载 重 子 午 线 轮 胎 在一 定 载 荷 下 静 态 接 地 时 轮 胎 的 下 沉 量 等 负 荷 变 形 及 胎 面 接 地 压 力 分 布和 Ｍｉ ｓ ｅ ｓ 应力分布 ， 并 对 轮 胎 静 态 接 地性 能 的影 响 因素 进 行 分 析 。结 果 表 明 ， 增 大 充 气 压
率 半径 和充 气外 直 径 对 下沉 量 都 有 一 定影 响 ， 采
用 平坦 的胎 面弧 度 ， 可 以达 到 最佳 接 地 形 状 和 接 地 压力分 布 ， 大 大提 高 在 行 驶过 程 中 的耐偏 磨 性
能， 而使 用仿 真软 件模 拟计算 充气 压力 、 胎 面 曲率
半 径 和 充 气 外 直 径 对 下 沉 量 影 响 的 文 献 还
单元 ） 。
子午线轮胎有限元分析第6讲子午线轮胎的有限元分析模型
子午线轮胎有限元分析第6讲 子午线轮胎的有限元分析模型洪宗跃,吴桂忠(北京橡胶工业研究设计院,北京 100039)中图分类号:U463.341+.6;O241.82 文献标识码:E 文章编号:100628171(2006)0320187205 子午线轮胎的材料和结构都比较复杂,又有非线性的特点,给轮胎有限元分析带来非常大的困难。
轮胎的橡胶材料具有大变形和近似不可压缩的超弹性。
帘线2橡胶复合材料实质上是由作为增强相的帘线在基体相橡胶中排列组成的刚柔相辅的复合材料,呈现明显的各向异性。
对子午线轮胎而言,胎体帘线呈径向分布,带束层帘线斜向排列,通常将这种材料看作正交各向异性材料或各向异性材料;轮胎变形的大位移、小应变具有明显的几何非线性;轮胎与轮辋以及轮胎与地面的接触非线性边界条件等都是轮胎有限元分析的难点。
因此,在轮胎的有限元分析中建立合理的模型可为提高分析的准确性提供极大的帮助。
目前越来越多的有限元软件(例如Marc和ABAQU S等)具有先进和现代计算机超强的建模能力,使我们能建立比较真实的轮胎模拟模型。
本文将介绍轮胎有限元分析模型建立的技术实例,该模型是在MSC公司的非线性有限元分析软件Marc上运行的。
在以往的研究中,比较注意材料模型的选择和计算模型的合理简化。
(1)材料模型的选择。
轮胎由胎面胶、胎肩胶、胎侧胶、气密层胶、胎圈护胶、三角胶、带束层、胎体、钢丝圈和胎圈包布等组成,结构非常复杂,文献中大多对橡胶基体和帘线分别定义。
橡胶基体采用Mooney2Rivlin型的非线性弹性材料模型,帘线采用线弹性模型。
帘线2橡胶复合材料的有限元分析模型主要有层合壳模型和加强筋模型两种。
层合壳模型的理论基础是纤维增强复合材料的力学理论,复合材料的各组成部分在同一单元中或同一层内的性质用平均值代替,可用正交各向异性或一般各向异性来描述。
该模型的优点是概念清晰,但由于采用了平均值,而且各层材料的正交各向异性材料参数通常是通过简单的混合公式(如Halp h2Tsai公式)得到,复合材料中的橡胶基体和帘线只能模拟成线弹性材料,没有考虑橡胶的非线性以及帘线的双模量性质,这些将影响计算结果的精度。
汽车轮毂有限元分析
汽车轮毂有限元分析汽车轮毂有限元分析是通过应用有限元方法进行轮毂结构的分析和优化。
有限元方法是一种数值分析方法，可以将复杂的连续体结构分割成为许多小的有限元单元，对每个小单元进行离散化的计算，再通过组装这些小单元，来近似求解整个结构的力学行为。
轮毂在汽车中发挥着关键的作用，不仅需要具备足够的强度和刚度，还需要考虑到其重量和制造成本。
为了实现更好的性能，有限元分析可以提供大量的设计数据和结构应力分布，从而帮助设计师确定最佳的轮毂结构。
有限元分析通常包括以下步骤：1.几何建模：通过将轮毂几何形状离散成小单元，建立起有限元模型。
这一步需要使用专业的CAD软件进行建模，以准确地描述轮毂结构。
2.材料建模：根据轮毂的实际材料特性，选择合适的材料模型，并设定材料的弹性模量、泊松比、屈服强度等力学参数。
3.网格划分：将轮毂模型网格化，将轮毂分割成小的连续单元。
合理的网格划分可以提高计算精度和计算效率。
4.边界条件：根据实际情况，设定边界条件，如轴承支撑力、轮胎压力等。
这些边界条件对于模拟真实工作状态和载荷非常重要。
5.载荷应用：模拟轮毂在实际使用过程中受到的各种载荷，如非均匀地面不平度、刹车力、加速度等。
6.求解方程：根据有限元法的基本原理，利用有限元软件对结构进行计算，求得轮毂在载荷下的应力、应变等力学响应。
7.结果分析：通过分析有限元计算结果，可以得到轮毂结构的强度、刚度、振动响应等重要性能参数，从而指导结构的优化设计。
在进行汽车轮毂有限元分析时，需要考虑到轮毂结构的复杂性和工作条件的多样性，如静载、动载、冲击载荷等。
同时，还需要考虑到材料疲劳、裂纹扩展等影响轮毂寿命的因素。
基于有限元分析的汽车轮毂优化设计可以帮助设计师实现以下目标：1.轻量化设计：通过有限元分析可以对轮毂结构进行优化，减小重量，提高车辆的燃油经济性和操控性能。
2.强度优化：有限元分析可以帮助确定轮毂结构在各种工况下的应力水平，以确保轮毂具备足够的强度和刚度，避免因应力过高而导致的疲劳损伤。
有限元分析在轮胎结构设计中的应用
有限元分析在轮胎结构设计中的应用有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）是一种应用数学方法和计算方法解决物理领域中的工程和科学问题的技术。
在轮胎结构设计中，有限元分析可以发挥重要作用。
本文将探讨有限元分析在轮胎结构设计中的应用。
首先，有限元分析可以用于轮胎的结构分析。
在轮胎的结构设计过程中，了解和评估轮胎的结构性能是非常重要的。
有限元分析可以帮助工程师对轮胎的不同部分进行细节分析，如轮胎的胎面、胎肩、胎侧等等。
通过有限元分析，可以模拟轮胎在不同道路条件下的受力情况，研究轮胎的应力、变形和疲劳等特性。
这有助于工程师了解轮胎的强度和刚度，为轮胎设计提供依据。
其次，有限元分析可以用于轮胎的耐久性分析。
耐久性是轮胎结构设计的一个重要指标。
有限元分析可以帮助工程师模拟轮胎在实际使用条件下的循环荷载作用下的疲劳性能。
通过有限元分析，可以评估轮胎的寿命和耐久性，预测轮胎在不同使用条件下的损坏情况。
这有助于工程师确定合适的轮胎材料和结构设计，提高轮胎的寿命和可靠性。
另外，有限元分析还可以用于轮胎的车辆动力学分析。
轮胎在车辆行驶过程中，承受着来自地面的力和转矩，对行驶稳定性和操控性起着关键作用。
有限元分析可以帮助工程师模拟轮胎和地面之间的接触力，研究轮胎的摩擦特性和动力学行为。
通过有限元分析，可以评估轮胎在转弯、制动和加速等情况下的性能，优化轮胎的设计参数，提高车辆的操控性和行驶稳定性。
此外，有限元分析还可以用于轮胎的优化设计。
通过有限元分析，工程师可以设计和评估不同的结构方案，优化轮胎的性能。
例如，可以通过有限元分析评估轮胎胎面花纹的设计对轮胎的排水性能和抓地力的影响，优化胎面花纹的形状和纹样。
此外，还可以通过有限元分析优化轮胎的结构参数，如胎压、胎宽和胎壁高度等，以获得更好的性能和经济性。
总而言之，有限元分析在轮胎结构设计中的应用十分广泛。
通过有限元分析，可以模拟轮胎的结构和性能，研究轮胎的强度、疲劳性能和动力学行为，优化轮胎的设计参数，提高轮胎的性能和可靠性。
子午线轮胎有限元分析第8讲子午线轮胎稳态滚动分析
子午线轮胎有限元分析第8讲 子午线轮胎稳态滚动分析洪宗跃,吴桂忠(北京橡胶工业研究设计院,北京 100039)中图分类号:U463.341+.6;O241.82 文献标识码:E 文章编号:100628171(2006)0520310206 装在车上的轮胎最终是要运动的,只对其进行静态分析是不够的,因此,需要借助有限元方法对其进行滚动分析。
在有限元分析中,圆柱可变形体在拉格朗日框架下的接触分析的计算成本有时很大,它不仅需要作与时间相关的瞬态处理,还需要将整个结构网格细分以便取得准确的接触特性。
然而,完全轴对称结构仅涉及定常速度的移动/转动时,如果采用的参考系与物体一起移动但不绕旋转轴转动,这些问题可认为是稳态的。
利用欧拉2拉格朗日方程并考虑旋转或侧偏物体的惯性影响,采用附在轮轴上且不转动的参考架,分析简化完全空间离散问题。
这是通过瞬态分析达到稳态条件以减轻不必要计算负担的替换方法,同时仅是接触区而不是整个转动表面需要细化网格。
本研究以MSC.Marc软件为平台,考虑橡胶材料的非线性和不可压缩性、帘线2橡胶复合材料的各向异性、轮胎大变形导致的几何非线性以及轮胎与路面的接触非线性边界条件,建立子午线轮胎的三维非线性稳态滚动有限元模型。
1 稳态滚动分析原理111 运动方程研究如图1所示的轴对称物体。
物体绕对称轴T s在点P s以角速度ωs旋转,同时以侧偏角速度ωc在点P c绕轴T c转动。
假设物体上有一质点在t=0时位于P0,在t时刻,其运动由三部分组成:・由于旋转从P0运动到位置X;图1 轮胎运动示意・由于变形从X运动到位置Y,Y=D(X),D 为由稳态条件得到的与时间相关的函数;・由于侧滚由Y运动到位置Z。
3个运动可描述为:X=R s(P0-P s)+P s(1)Y=D(X)(2)Z=R c(Y-P c)+P c(3)式中R s=exp( ωs t)(4)R c=exp( ωc t)(5) 在式(4)和(5)中, ωs和 ωc为非对称张量,矢量r与旋转张量ωs T s和ωc T c的关系如下:ωs r=ωs T s×r(6)ωc r=ωc T c×r(7) 对式(4)和(5)求导,得R s= ωs R s(8)R c= ωc R c(9) 对式(3)求导可得质点速度(v ):v =R c [ωc T c (Y -P c )+ωs5D5α](10)式中,α=ωs t ,α为旋转角。
轮胎泵气噪声有限元仿真分析
没汁励 究 ｆ
轮 胎泵气 噪声有 限元仿 真分析
李 忠 禹
（ 合肥 工业 大 学噪 声振 动工 程研 究所 合肥 ２ ００ ） ３０９
摘
要 ：轮胎 花纹 槽泵 气 噪声 是轮 胎 噪声 的主 要部 分之 一 。在假 设轮 胎 胎面 结构 与 空气 完全 耦合 的条 件
下 建立 轮 胎横 向花 纹槽 噪 声 的有 限元模 型 ， 在施 加 与速度 相 关 的强制 位移 条件 下 对空 气 中花纹 槽 泵气 噪
纹槽 的有 限元 模 型 ， 过对 其施 加与 速度 相关 的强制位 通
移 载荷 进 行 仿真 计算 ，对 比仿 真压 力 曲线 与理 论曲线 ； 接 着 在此 基础 上 整合 轮胎 周 向多个 花 纹槽 ， 拟 整个 轮 模
胎花 纹 槽 泵 气 噪 声 ， 为轮 胎花 纹 槽 的噪 声研 究 打 下基
图 ４ 空 气 有 限 元 模 型
如 图（） ４ 空气 区域采 用六 面 体流体 网格 Ｆ ３ ，取 Ｃ Ｄ８ 轮 胎 花 纹槽 噪 声仿 真 的整 个 有 限元模 型包 括 单个 空气 密 度 为 １ ０ ｋ ／ ． ５ ｇｍ，粘度 １ Ｅ ５ ａ ｅ ， 始相对 压 ２ ． ．ｐ ． ｃ 初 ８ ｓ 轮胎 花 纹槽 、空气 和路 面 。 胎模 型 的直径 为 ６ １ ｍｍ 强 设为 零 。 空气 网格 下表 面建立 一层 与 空气 单元供 节 轮 ３． ９ 在
近年 来 ，城市 机 动车 辆数 量增 长很 快 ， 随而来 的 速 度 下 ， 于行 驶在 路 面相对 理想 的市 区和 高速 路上 的 伴 对
交通 噪 声污染 环 境现 象 也 日益突 出 ， 因此车 辆低 噪 声设 车 辆 ， 由胎面 花纹 槽泵 气 效应 产生 的噪声 尤 为突 出【。 ４ Ｊ
王 惠_HyperMesh在子午线轮胎三维非线性有限元分析的应用
HyperMesh在子午线轮胎三维非线性 有限元分析中的应用王惠 丁峻宏 韩轩上海超级计算中心HyperMesh 在子午线轮胎三维非线性有限元分析中的应用HyperMesh Application in Radial Tire 3D Non-Linear Finite Element Analysis王惠 丁峻宏 韩轩（上海超级计算中心 上海 201203）摘要：在HyperMesh中建立子午线轮胎的三维非线性有限元模型，用ABAQUS软件的非线性 分析技术对子午线轮胎进行了有限元分析。
考虑了轮胎的几何非线性，材料非线性，橡胶-帘线等复合材料的各向异性以及轮胎与地面的接触非线性，，给出了轮胎与地面接触过程中轮胎的变形情况，接触区域形状以及带束层应力分布情况。
对子午线轮胎的设计和改进具有一定的指导意义。
关键字：HyperMesh，子午线轮胎，非线性，有限元分析Abstract: A 3D non-linear finite element model of radial tire with contact with pavement is established using HyperMesh, radial tire’s finite element analysis is carried out using ABAQUS. With considerations of tire’s geometry non-linearity, material non-linearity, anisotropy of rubber-cord composite material and nonlinear contact of tire-pavement, deformation of the tire and tire belt layer’s effective stress are calculated and contact region contour are also described which gives helpful reference to radial tire structural design and improvement.Key word: HyperMesh, radial tire, non-linear, finite element analysis1引言轮胎是汽车和路面间传递力和力矩作用的唯一部件，具有优良的变形恢复能力和地面贴附能力，可以分散汽车对路面的压应力，降低汽车运动的能量损失，缓和行驶冲击，改善载荷条件等。
不同胎圈芯对航空轮胎性能影响的有限元分析
１ 计 算模 拟
１ ． １ 模 拟 方 案
术 引起 了各 大 轮胎公 司的重 视 。航空 轮胎 不 同于 汽车 轮胎 ， 在 飞机 起 飞 和 落 地 瞬 间需 要 承 受 高 速 度、 高 负荷 、 高 内压 ， 具有 下沉 量大 、 连续 滑 行距 离
短 等 特点 。为 保 证 高安 全 性 ， 航 空 轮 胎 还 必 须具 有抗切割、 耐摩 擦 、 耐高 温 、 可 翻 新率 高 等 优 良性
能ｌ ＿ 】 ］ 。航 空 轮胎 在百 年发 展历程 中经历 了无 内胎
化一 轻量 化一 扁平 化一 子 午 化 的衍 变 趋 势 ， 现 正 向骨
构 的碳 纤 维复合 材料 胎 圈芯 （ 将 Ａ 型 中的钢 丝 替
换为 碳纤 维复 合材料 ） ， Ｃ型为 水滴 型结 构 碳纤 维
架 材 料芳 纶化 发 展 ＿ ２ ］ 。另 外 ， 由于碳 纤 维 等 复合 材 料 具 有 弹性 模 量 大 、 抗拉 强 度 高 、 密度低、 化 学 稳 定 性好 等特 点 ， 因此将 碳 纤 维 等 复 合 材 料 用 于
作者简介 ： 张 阁（ １ ９ ８ ７ ） ， 男， 山东烟 台人 ， 北 京 化 工 大 学 在 读硕士研究生 ， 主要 研 究 方 向为 聚合 物 加 工 及 仿 真 模 拟 。 ＊通 信 联 系人
＊ｓ ｙ ｍｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ命 令 将 所 建 立 的
本工 作基 于 ５ ３ ５ —２ ５ ０规 格军 用 航 空 子 午 线
轮胎 建立 模型 ， 对 Ａ， Ｂ和 Ｃ三种不 同胎 圈芯航 空
轮胎 落地 瞬 间进行 仿真模 拟研 究 。三者 相互 之间
新型无气轮胎与子午线轮胎有限元分析对比
充 气压 力作 用方 向随其 变形 而变 化 。 建立 模 型 时， 在
轻 型 汽车技 术
２ １ （ ０） ２ ６ ０ １ １ 总 ６
ｆ ｎ ｃ ｎ ： Ｃ ≤０
１ｎ — ｌ
技 术纵横
７
（ ４）
＼ ’ ，
要 采用 具有 大 变形 和应 力硬 化功 能 的单元 模 拟其 几
破 坏 。为 了改 变这 种状 况 ， 气轮 胎应 运 而生 闭 无 。
种 辐条 板 式 的无 气 轮胎 并 且进 行 了仿 真验 证 ， 得
到 了 良好 的效果 。
本文的无气轮胎具有不怕漏气 、 抗刺扎和经久
耐 用 等优 点 ， 这 种 车 轮 尚处 于研 究 阶段 ， 使 其 在 但 要 正 常 情况 下 的 操纵 稳 定性 、 平顺 性 等 达 到橡 胶 充 气
一
动和制动力矩 ，提供吸振与包络能力以及保证转向 稳定性等。此外 ， 轮胎还必须具有诸如抗磨性 、 低滚 动阻力 、 耐久性 、 安全性等性能特点ｌ ｌ ｌ 。
轮 胎 是 影 响 轮 式 车 辆 各 项 行 驶 性 能 的关 键 部 件 ，而轮 胎刺 穿 和爆破 则是 汽 车发 生事 故 的最 常见 原 因。当汽车 高速 行驶 时 ， 轮 胎充 气 内压 突然 消 如果 失 ，轮 胎 则无 法继 续提 供 足够 的支 撑力 和侧 向稳定 性 ， 机将 失 去 对 汽 车 的控 制 ， 果 引起 严 重 事 故 。 司 结 在军 事上 ， 经 常会 受 到 子 弹和 弹 片 的破 坏 ， 旦 轮胎 一 轮胎 遭到 穿刺 或发 生 爆胎 ，车 辆将 会遭 到 毁灭 性 的
６
技 术纵横
轻 型汽 车技 术
２ １ （ ０ 总 ２６ ０１ １ ） ６
全钢载重子午线轮胎胎圈结构优化的有限元分析
差异。
小 ７ ． 左 右 ； 体 帘 布 反 包 端 点 处 的应 力 从 ５５ 胎 ４ Ｏ ａ 小到 ３ ４ ａ 减 小 ０ ５ ａ 即 ． ３ＭＰ 减 ． ５ＭＰ ， ． ８ＭＰ ， 减小 １ ． 左 右 。 ４４ 综 上所 述 ， 进方 案 Ⅱ在改 进 方案 工的基 础 改
参 考文献 ：
［ ］郝 坂 隆 ． 胎 的 设 计 和 结 构 力 学 ［ ］ 盛 德 修 ， ． 胎 工 业 ， １ 轮 Ｊ． 译 轮
ｌ ９１ ２ （ １ ３ － ９ ９ ， １ １ ）： ７ ３ ．
［ ］张 士 齐 ． 胎 力 学 与热 学 ［ ． 京 ： 学 工 业 出 版社 ， ９８ ２ 轮 Ｍ］ 北 化 １８ ：
对 比图 ４ ｂ 和 ８ 以看 出 ： 进 方案 Ⅱ在 应 （） 可 改
图 ５ 区 域 １应 力 曲线 对 比
的 级 差 对 胎 圈 应 变 、 力 的 影 响 。 改 进 方 案 Ⅱ（ 应 采
力 最大 的钢 丝 圈 底 部 位 置应 力 从 ３ ７ ３ ＭＰ ２ ． ａ减
小 到 ３ １ ５Ｍ Ｐ ， 小 ５ ８Ｍ Ｐ ， 减 小 １ ８ 左 ２ ． ａ 减 ． ａ 即 ．
胶 轮胎 有 限公 司工 程 师 ， 士 ， 要 从 事 全 钢 载 重 子 午 线 轮 胎 结 学 主 构 设计 工 作 。
３ 示 （ 中反 映 的是 边 缘 数 据 ） 胎 体 帘 布反 包 所 图 ；
端点 （ 图 ２中 区 域 ２ 的 应 变 也 有 所 减 小 ， 见 ） 从
２ ．Ｏ 减小 到 ｌ． ２ ， 降 ６ ７ 。 Ｏ ５ ９１％ 下 ．％
２６ ７
轮
考虑横坡的轮胎路面接触压力分布的有限元分析
９ ４・
北 方 交 通
２ ０ １ ４
考虑 横 坡 的轮胎 路 面接 触 压 力 分布 的有限元分 析
胡 正 荣
（ 中交第二公路勘察设计研 究院有 限公 司 ， 武汉 ４ ３ ０ ０ ５ ６ ） 摘 要： 利用有限元软件轮 胎与横坡路段 路面结构作 用 的有 限元模 型 ， 分析 不 同坡 度条件 下 的轮 胎接地 压力
的轮胎材料参数如表 １ 所示。轮胎的形状参数通过 厂 家提供 的参 数进 行确 定 ， 利用 轮胎结 构 的对称 性 ，
在Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ中通 过复 制和模 型 拓展等 命令 ， 最 终建 立 的轮胎模 型如 图 １ 所示 。
路面各结构层视为水平 ， 这不能反映弯道超高路段
的实际情况 ， 因此有必要针对横坡路段的轮胎路面 接 触压 力分 布规律 进行 研究 。 通过建立轮胎 一 路 面耦合的有 限元模 型， 可以 实现真实情况下轮胎接地压力的数值分析。 本文利用有限元软件建立子午线轮胎与横坡路
利用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 有 限 元 软 件建 立 载 重子 午 线 轮 胎 的有 限元模 型 ， 并 通 过 定 义 接触 对 建 立 轮 胎 与路 面
图 １ 于 午 线 轮 胎 模 型
１ ． ２ 轮 胎路 面耦 合模 型
将 路面 定义 为 目标 面 ， 轮胎 定义 为接 触面 ， 利用
（ ｅ ） 坡度为１ ０ ％ 图 ３ 轮 胎 路 面接 触 压 力 分 布 图
（ ｆ ） 坡度方 向示意图
显大于下坡方向。随坡度增加 ， 接触压力最大值 出 现位置也出现偏移 ： 当坡度为 ０和 ２ ％时 ， 最大接触 压力出现在接触面横轴 中心 ， 坡度增 大为 ５ ％ 以上
汽车轮胎三维非线性有限元结构分析_王吉忠
DOI:10.13229/ ki.jd xb gxb1998.04.0031998年吉 林 工 业 大 学 学 报Vol.28第4期JOU RNAL OF JI LIN UN IVERSITY OF TECH NOLOGY总第92期汽车轮胎三维非线性有限元结构分析＊王吉忠 庄继德 李 杰(吉林工业大学汽车工程学院)摘 要 建立了195/65R1489H高速轿车子午线轮胎三维非线性有限元分析模型。
对轮胎在充气和垂直轴荷作用下的变形特性和主要承载部件的应力分布规律进行了数值分析,为轮胎性能的评价及轮胎的设计和改进提供了依据。
关键词 汽车轮胎 帘线-橡胶复合材料 非线性有限元分析1 轮胎结构力学特征〔1～6〕(1)轮胎接地工作时产生大变形,在结构分析中必须考虑几何学上的非线性。
(2)橡胶材料的本构关系是非线性的,要用Mooney-Rivlin材料定律来描述。
(3)橡胶材料具有不可压缩性,在分析中要用接近于0.5的泊松比近似表示。
(4)胎体和带束层部位的帘线-橡胶复合材料具有强烈的各向异性;帘线本身的拉伸和压缩刚性有较大差别;轮胎变形时帘线配置发生变化,需考虑“缩放”效应。
(5)轮胎与路面接触时存在界面摩擦,接地面中的胎面点可处于粘着或进入滑动状态,这种界面摩擦条件是非线性的。
(6)轮胎的应力状态影响结构硬化,在分析中应考虑应力刚度对总体刚度的贡献。
2 分析模型本文应用ANSYS程序对195/65R1489H高速轿车子午线轮胎进行结构分析。
该轮胎由一层人造丝胎体、二层钢丝带束层、二层尼龙冠带层、一对圆形钢丝胎圈和多种橡胶复合物构成。
2.1 材料模型(1)橡胶材料橡胶材料的不可压缩性条件用泊松比0.49近似表示,弹性模量用初始模量。
结构中收稿日期:1997-10-17＊国家教委博士学科点专项基金(9518506)资助项目王吉忠,男,1961年10月生,副教授,博士研究生的应力(Cauchy 应力)为σij =1Ⅲc f ik S kl f il (1)式中f ik 为变形梯度,f ik = x i / X k ,x i ,X k 为一点在变形后和变形前的位置坐标;S k l 为第二Piola -Kirchhoff 应力张量,S k l =2 W / C kl ,W 为M ooney -Rivlin 应变能函数;C k l 为变形张量,C kl =f ik f il ;Ⅲc =det C k l 。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
目录摘要IIIAbstract IV1 绪论 11.1 选题的目的和意义 11.2本课题国内外的研究现状 11.3本课题研究内容 12子午线轮胎特点 22.1 子午线轮胎的结构特点 22.2子午线轮胎的结构分析 23子午线轮胎三维整体有限元模型建立 43.1通用软件简介 43.2单元的选取 53.3 轮胎模型的简化 83.3.1模型建立的要求 83.3.2轮胎模型的简化 93.3.3几何建模 94子午线轮胎静态接触的有限元分析 114.1 有限元分析流程 114.2静态接触的载荷和边界条件的处理 124.2.1轮胎有限元模型的三维非线性 124.2.2轮胎单元材料参数的数值 124.2.3轮胎有限元分析的参数化及模型的自动生成 144.2.4 静态接触的载荷和边界条件的处理 184.3轮胎有限元结果分析 194.3.1静态接触载荷工况 194.3.2轮胎在静态接地状况下的有限元结果分析 205 总结与展望 245.1 总结 245.2 不足与展望 245.3 有限元技术在轮胎和车辆工程中应用展望 24参考文献 25基于ANSYS的汽车轮胎有限元分析研究摘要本文主要基于ANSYS软件非线性分析技术，采用三维体单元和接触单元，建立了子午线轮胎的静态接触状态下的有限元模型并对其进行分析研究。
利用CATIA对子午线轮胎进行几何建模，运用ANSYS软件对其进行有限元分析，定义材料属性和单元属性，考虑接触问题，得到适合研究轮胎特性的有限元模型。
根据轮胎结构特征及单元的特征，利用ANSYS的参数设计语言APDL对分析问题进行参数化，提高效率，便于对同类问题的分析研究。
关键词：ANSYS；子午线轮胎；接触变形； CATIA ； APDLANSYS AND RESEARCH OF MOTOR TYRE BASED ON ANSYSAbstractThis paper mainly performs the analysis and research on the radial tyre based on the non-linear analysis of ANSYS and applied software of ANSYS,using three-demension solid element and contacting element , three-dimension finite element contact model of static radial tyre is built.The geometry model of tire is got in CATIA.A finite element model of radial tire is created in ANSYS.Define material characteristics and element types. The contact problem is considered.We got a proper finite element model for studying tire’s characteristic.According to the tyre structural and element charateristic,APDL is applied for research of the analytic problem so as to increase efficiency,so the resembling analysis will be simplified and done easily.Key words: ANSYS ；radial-tyre ；contact- deformation ；CATIA ；APDL1 绪论1.1 选题的目的和意义轮胎作为联结汽车车身与道路的部件，是影响行驶车辆的操纵稳定性、安全性和平顺性的一个关键因素。
汽车的许多重要性能都与轮胎的力学特性有关。
因此，轮胎的研究在汽车工程很重要。
随着汽车向规模化、高速化与专用化方向发展，充气轮胎的使用条件日益苛刻，从而促使轮胎向着子午线化、扁平化、无内胎化的方向发展。
利用ANSYS14.0对子午线轮胎进行有限元分析，可以更加贴近轮胎运动实际工况，从而得出轮胎的各种特性因素，这些分析结果可以为整车性能分析提供依据，提高汽车综合性能分析的精确性。
1.2本课题国内外的研究现状80年代，R.H.Kenndy和Patel,Minminn等人利用三角形常应变单元对子午线轮胎的充气情况进行了分析。
同时，通过改变轮胎的带束层帘线角度，带束层帘线密度和胎体帘线密度等特性参数，对轮胎的充气形状，应力和帘线张力等进行了预测。
Tseng.N.T.和Pelle等利用二维对称分析对轮胎爆破压力和高数自由旋转引起的破坏进行了模拟。
在预测自由充气状态下轮胎的某些性能方面取得了令人满意的结果。
虽然国内的有限元应用落后于国外许多国家，但国内在有限元的应用研究方面取得很大的进步。
1.3本课题研究内容本论文以60系列的R15型子午线轮胎作为研究对象，利用CATIA对子午线轮胎进行几何建模，运用ANSYS14.0软件对其进行有限元分析，定义材料属性和单元属性，考虑接触问题，得到适合研究轮胎变形和应力的有限元模型。
2子午线轮胎特点2.1 子午线轮胎的结构特点子午线轮胎的结构特点主要有：(1)胎体是轮胎的基础，是由帘线组成的一层一层的结构，其胎体顶层常含有一层由钢丝编成的钢带。
(2)子午线轮胎中的钢丝带具有较好的柔韧性以适应路面的不规则冲击，且经久耐用，它的帘布结构意味着汽车在行驶过程中具有小的摩擦因素，从而获得了较大的胎纹使用寿命和较好的燃油经济性。
(3)子午线轮胎有较好的抓地性。
由于特殊的胎体结构，使得汽车在行驶中抓地结实，效果好。
因此，选用子午线轮胎具有更好的操控性和舒适性。
2.2子午线轮胎的结构分析子午线轮胎（断面结构如图2-1）由具有各向同性的胎面胶，三角胶和胎侧胶等，各向异性的帘布层，带束层等材料组成。
子午线轮胎结构示意图图2-1子午线轮胎由胎冠、胎肩、胎侧和胎体，胎圈等几个主要部分组成。
(1)胎冠胎冠是指在胎体帘布层之外与两胎肩之间的整个部位。
子午线轮胎的胎冠一般由两层以上的带束层来束缚轮胎的周向变形，决定着轮胎的形状并承受着主要应力。
胎面层是轮胎滚动时与路面接触的重要部分，它对保护帘布层，确保与路面间的摩擦系数，发挥有效的制动力和操纵性能都是十分必要的。
为此，在胎面的表面还刻有各种花纹和窄槽，称为胎面花纹。
胎面的磨耗是决定轮胎寿命的最重要因素。
除了采用耐磨耗性好的橡胶材料外，为增加轮胎与路面间的附着力，避免轮胎在湿滑路面上打滑，还要求胎面有良好的抗打滑性能和小的滚动阻力。
部下沿胎面中心线圆周方向箍紧胎体的材料层，主要起增强轮胎周向刚度和侧向刚度，承受大部分的胎面应力。
(2)胎肩胎肩是指较厚的胎冠与较薄的胎侧间的过渡部分。
胎肩表面一般都有花纹，以提高该部分的散热性能。
(3)胎侧胎侧是指胎肩至胎圈之间在胎体侧壁部分的橡胶胶层。
胎侧部的主要作用是保护轮胎侧面的帘布层免受损伤，但它受不到很大的应力，同时不与地面接触，一般受不到磨损，所以它的厚度较小。
但由于在行进过程中，胎侧不断承受屈曲和伸缩，故着重要求有良好耐疲劳性能和耐日光老化性能。
子午线外胎的胎侧胶有很苛刻的要求。
由于异午线轮胎胎侧变形约比普通胎大两倍，因而承受较大的机械疲劳作用。
胎体内，由内压与外界负荷所引起的周向应力，主要为橡胶所承受。
所以，子午线轮胎的胎侧胶除了应该具有最佳的耐屈挠龟裂与防臭氧、大气老化性能外，同时应有很好的耐撕裂、耐机械刺伤及耐裂口扩展等性能，其厚度比普通结构轮胎的胎侧厚些。
(4)帘布层(胎体)帘布层是指由一层或数层帘布与胎圈组成的整体充气轮胎受力结构。
帘布层的两侧边缘靠胎圈部的钢丝圈固定在轮辆突缘和轮惘底座上。
它在保持内压的同时，又是支承载荷的最重要部分。
现在子午线轮胎多为无内胎轮胎，通常为了保持气密性，在帘布层的内侧加一层气密性好的橡胶层(称为气密层)以确保胎壁不漏气。
帘布层是轮胎的骨架，轮胎的强度主要取决于帘布层的强力，因而它被称为“胎体”。
(5)帘胎圈胎圈是指轮胎安装在在轮辋上的部分，其主要由胎圈芯和胎圈包布等组成，主要作用是使轮胎紧密的固定在轮辋上，防止轮胎脱离轮辋。
3子午线轮胎三维整体有限元模型建立3.1通用软件简介CATIA是法国达索公司的产品开发解决方案。
作为PLM协同解决方案的一个重要组成部分，它可以帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。
CATIA具有先进的混合建模技术，它所有模块具有全相关性，覆盖了产品开发的整个过程，并行工程的设计使得设计周期大大缩短。
ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, UG, CATIA, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。
ANSYS软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。
(1)前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；(2)分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；(3)后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。
APDL(ANSYSParmaetrieDesignLanguage)参数化设计语言是ANSYS软件提供给用户的一个依赖于ANSYS程序的交互式软件开发环境，与其它编程语言一样，用建立智能分析的手段为用户提供了自动完成有限元分析的功能。
用户可以利用程序设计语言将ANSYS命令组织起来，编写出参数化的用户程序，从而实现有限元分析的全过程，即建立参数化的CAD模型、参数化的网格划分与控制、参数化的材料定义、参数化的载荷和边界条件定义、参数化的分析控制和求解以及参数化的后处理。
APDL允许复杂的数据输入，使用户实际上对任何设计或分析属性拥有控制权，例如尺寸、材料、载荷、约束位置和网格密度等。
APDL扩展了传统有限元分析范围之外的能力，并扩充了更高级运算包括灵敏度研究、零件库参数化建模、设计修改及设计优化。