ABAQUS帮助文档轮胎磨损例子翻译

外胎是由胎体、缓冲层（或称带束层）、胎面、胎侧和胎圈组成

1、Bead：胎唇部；

2、sidewall：胎侧；

3、tread：胎面；4belt：缓冲层；5、carcass：胎体帘布层。

3.1.8 Tread wear simulation using adaptive meshing in Abaqus/Standard

3．1.8使用自适应网格在Abaqus/Standard中进行轮胎磨损仿真分析

软件：Abaqus/Standard

这个例子在Abaqus/Standard中使用自适应网格技术对稳态滚动的轮胎进行建模。这次分析使用类似“Steady-state rolling analysis of a tire”Section 3.1.2来建立稳态滚动轮胎的接地印迹和状态。接着，进行稳态传输分析来计算和推测持续分析步，在稳态过程中产生一个近似瞬态磨损解。

问题描述和建模

轮胎描述和有限元建模和“Import of a steady-state rolling tire，”Section 3.1.6一样，但是有一些不一样，在这里需要指出。由于这次分析的中心是轮胎磨损，所以胎面建模需要更加精细。另外台面使用线性弹性材料模型来避免超弹性材料在网格自适应过程中不收敛。

图1所示的是轴对称175SR14轮胎的一半模型。橡胶层用CGAX4和CGAX3单元建模。加强层使用带有rebar层的SFMGAX1单元模拟。橡胶层和加强层之间潜入单元约束。橡胶层的弹性模量为6Mpa，泊松比为0.49。剩下的轮胎部分用超弹性材料模型模拟。多应变能使用系数C10=10^6,C01=0和D1=2*10^8。用来模拟骨架纤维的刚性层和径向成0°，弹性模量为9.87Gpa。压缩系数设置成受拉系数的百分

之一。名义应力应变数据用马洛超弹性模型定义材料本构关系。Belt fibers材料的拉伸弹性模量为172.2Gpa。压缩系数设置成拉伸系数的的百分之一。Belt的纤维走向在轴向±20°内。

旋转前面的轴对称一半模型可得到局部三位模型，如图2所示。我们关注轮胎印迹区域的网格。将局部模型镜像后可得到完整的三维模型。

自适应网格在轮胎磨损计算中的局限性

在这个例子中使用自适应网格必须严格遵守以下条件：

1、圆柱网格不支持自适应网格并且在本例子也没有使用

2、由于梯度状态变量的变形错误严重，自适应网格使用超弹性材料

时表现很差。因此胎面用弹性材料定义

3、在自适应网格的范围内不能用包含刚性层的嵌入网格。

4、自适应网格通过网格几何特征来决定自适应网格在自由面光滑的

方向，网格几何的特征通常不容易和描述的磨损方向一致。因此，下面将讨论到，通常你需要做额外的工作来明确地描述磨损的方向。

加载

分析分为5个阶段，用轴对称模型开始，以使用symmetric model generation生成的完整三维模型结束。前4阶段和“Steady-state rolling analysis of a tire,” Section 3.1.2和类似。

1、对称充气：轮胎内部施加200kpa的压力，中间平面使用对称条件。

2、一半三维接地印迹分析：轴对称模型沿着对称轴旋转。

3、完整的三维模型接地印迹分析：一半三维模型镜像生成完整的三

维模型

4、稳态滚动：在稳定速度32km/h车速进行完整模型分析，这是轮胎

的滚动速度为25rad/s。这些条件符合制动工况，本次分析考虑惯性和迟滞作用。

5、胎面磨损分析：胎面磨损分析在最后一步进行，本次分析轮胎速

度保持为一定值，考虑轮胎表面的磨损，使用损耗的摩擦能来计算磨损。惯性和迟滞同样是本次分析中的考虑因素。本次分析在车速32km/h的情况下，持续进行3.6*10^6秒，轮胎前进32000公里。

最后的分析为磨损分析，来预测磨损或者面消融，根据稳态侧倾轮胎得到评估。我们关注由磨损评估结果得到的轮胎外形的改变；因此我们需要介绍在稳态过程中允许瞬态效果的建模假设。

基本的假设是用当前实时持续的滚动角速度来解释稳态前进分析步。我们认为在任何时候轮胎滚动时轮胎的磨损造成的轮胎外形变化仅仅有很小的效果。因此在整个分析步的每一步稳态的结果都是合适的。有了这些假设，我们就能同时考虑两个不同时间范围的效果：短的轮胎转动时间范围和长的轮胎寿命时间范围。

磨损模型

为了举例说明磨损的过程，假设磨损率是局部接触压力和滑移率的线性函数，进行一个简单的磨损例子。尽管我们能计算这些工程量，由于在稳态移动状态下使用欧拉公式，他们必须应用于胎面流线来模拟轮胎周长磨损。

磨损率计算

磨损模型如下：

q是体积损失量或者磨损量；k是无量纲磨损系数；H是材料硬度；

P是接触压力；A是接触面积；Y是接触滑移率。在这里我们可以认为用PAy描述摩擦耗损率。对于轮胎橡胶，我们假设磨损系数k=10^-3，材料硬度H=2GPa。

下面开发的目标是材料的磨损表达式能应用于磨损分析的节点上。首先，考虑用一条带状物围绕着轮胎，带状物的中心用包含胎面花纹的

有序节点来定义。这条中心线是以和每个节点联系的辅助面的任意一边作为边界。这样的带状物包含轮胎与路面接触的所有面。我们认为发生在带状物上的磨损是均匀的；因此我们用下式表达整个带状物的

磨损率，

其中t是时间，x是当前配置位置。因为我们使用欧拉稳态传输处理，现在表达式可以表示为只依赖于时间的方程，

其中S是沿着流线的位置，T（s）是带状物在S位置的宽度。我们也可以见表达式q写成局部材料衰减率的函数，

在整个带状物的离散化方程的处理的结果相等，得到

其中h是节点的消融速度，A是节点的接触区域。这个方程表明沿着带状物h是不均匀的，推导出的结论是带状物进入和离开接地印迹的宽度是不一样的。然而，因为我们为了维持一个合理的轮胎磨损后的结构，我们假定节点消融的速度是均匀的。设个假定使得如下表达式成立：