轮胎的有限元分析

目录

摘要III

Abstract IV

1 绪论 1

1.1 选题的目的和意义 1

1.2本课题国内外的研究现状 1

1.3本课题研究内容 1

2子午线轮胎特点 2

2.1 子午线轮胎的结构特点 2

2.2子午线轮胎的结构分析 2

3子午线轮胎三维整体有限元模型建立 4

3.1通用软件简介 4

3.2单元的选取 5

3.3 轮胎模型的简化 8

3.3.1模型建立的要求 8

3.3.2轮胎模型的简化 9

3.3.3几何建模 9

4子午线轮胎静态接触的有限元分析 11

4.1 有限元分析流程 11

4.2静态接触的载荷和边界条件的处理 12

4.2.1轮胎有限元模型的三维非线性 12

4.2.2轮胎单元材料参数的数值 12

4.2.3轮胎有限元分析的参数化及模型的自动生成 14

4.2.4 静态接触的载荷和边界条件的处理 18

4.3轮胎有限元结果分析 19

4.3.1静态接触载荷工况 19

4.3.2轮胎在静态接地状况下的有限元结果分析 20

5 总结与展望 24

5.1 总结 24

5.2 不足与展望 24

5.3 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 ； APDL

ANSYS AND RESEARCH OF MOTOR TYRE BASED ON ANSYS

Abstract

This 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 ；APDL

1 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。