MSC仿真技术在轮胎仿真的应用

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成功案例:富士重工
所属行业: 汽车 挑战: 使用Adams对路面载荷进行更为准确的预测 MSC解决方案: 从ADAMS/FTire 预测得到的路面输入，进一步建 立精细的轮胎模型，同时考虑轮胎的各项动力学 特性，输出轮胎特征文件。 价值: 在各种不同的路面形状和运动速度条件下，能够 通过虚拟试验和性能对比获得与输入的轮胎特征 文件一致的性能最优的轮胎模型
物理样件 试制
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全新的虚拟产品研发流程
虚拟样件 制造
虚拟产品研发
3D CAD
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数字 模型
MSC针对轮胎行业的仿真技术
稳态滚动 特征 频率
建模
滑水 雪地 防滑
噪声 刚度 轮毂疲劳 冲击、碰撞 操稳、平顺 机电系统
– Handing – Ride and comfort – 3D contact
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轮胎结构的静力学分析
• • • • • • 轮胎装配 充气 承载 稳态滚动 接地印痕 磨损
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轮胎结构的静力学分析
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成功案例:锦湖轮胎
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成功案例:锦湖轮胎
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成功案例:横滨轮胎
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轮胎装配 充气 承载 稳态滚动 接地印痕 磨损
接触区域的剪力
接触区域的法向力
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轮胎结构的静力学分析
• • • • • • 轮胎装配 充气 承载 稳态滚动 接地印痕 磨损
加强筋上的应力分布和方向
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动力学分析方面
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动力学分析方面
• • • 模态分析 轮胎的冲击 碰撞
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轮胎噪声分析
• 应用
– Impact noise – Release noise – Stick-slip noise
•
激励
•
• • 轮辋载荷 振动类型 声源 – – 释放区域
120 km/h
试验结果
静止
FLOW
20 km/h
40 km/h
60 km/h
80 km/h
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轮胎在冰雪路面的防滑
• 冰雪材料模型
– 研究轮胎在冰雪路面的防滑特性 – 重点开发冰雪材料模型、与实验数据非常吻合 – Nastran 2012 支持多种冰雪材料模型: MATD155
外部声学网格
冲击区域
内部
–
•
结果
– 声辐射压力 – 声辐射功率
– Contribution to the pass-by noise
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声压场分布云图 - 不同视角
轮胎噪声分析
动力学结果映射到 声学网格上：
“BC MESH”
结构网格，具有动力学结果 声学网格 (有限元部分)
• • • 模态分析 轮胎的冲击 碰撞
轮胎刚度
特征频率
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轮胎滑水
• 流固耦合分析
– – – – – – 考虑结构对称性 轮胎模型 路面模型 水模型 轮胎路面接触 轮胎-水耦合分析
TIRE MODEL
WATER MODEL
ROAD MODEL
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轮胎滑水
流速向量
流体分布
应力分布
接触力
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轮胎滑水-印痕
Forward Backward
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轮胎滑水-实验验证
20 km/h
FLOW
40 km/h
60 km/h
80 km/h
100 km/h
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轮胎建模-有限元分析
• 轮胎建模系统
– – – – – – – – 复杂几何模型、特征导入和创建 参数化建模 材料数据库 边界约束、加载 高性能求解器（HPC,GPU） 关键结果提取 生成报告 导出模态中性文件给多体软件
乘用车轮胎
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卡车轮胎
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赛车轮胎
摩托车轮胎
轮胎建模-有限元分析
• • 复杂几何模型、特征导入和创建 参数化建模、材料数据库
– 橡胶材料 – 加强筋结构 – 流体 2D 轴对称模型 3D 实体模型
加强筋结构铺层位置、角度
轮胎滑水模型
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轮胎建模-多体动力学分析
• • • 提供了多种轮胎的虚拟物理模型 当车辆在不同路况下行驶时，能够计算作用在轮胎上的力和力矩 支持的分析类型
轮胎结构的静力学分析
• • • • • • 轮胎装配 充气 承载 稳态滚动 接地印痕 磨损
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轮胎结构的静力学分析
• • • • 轮胎装配
充气
承载 稳态滚动 接地印痕 磨损
在3000N垂直载荷作用下不同滑移角度（ 0, 2, 4, 6, 8, 10 ）对应的稳态变形
• MSC仿真技术在轮胎行业的成功案例
• 总结
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车辆在路面上的每一个脚印--轮胎
承受重量和负荷
改变汽车的行驶方向
传递驱动力和制动力 缓和从路面传来的冲击
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传统的产品研发流程
物理实验和 重新设计
手工绘制 图纸
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轮胎建模工具--Test rig 和 Tool
• Adams/Car Tire Testrig
– – – – 可以查看轮胎特征参数 可以轻松对比轮胎模型性能 帮助分析轮胎 模型和轮胎数据质量 给出轮胎特征文件 → 可生成特征曲线
•Fra Baidu bibliotek
Tire Data Fitting Tool
MSC仿真技术在轮胎仿真的应用
2013 GC User Conference
June 13, 2013
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目录
• 轮胎性能分析概述
• MSC轮胎行业解决方案
– 有限元（静力学、动力学、流固耦合） – 多体动力学 – 声学 – 疲劳
• • 轮胎装配 充气：
• 考虑跟随力的增压过程 理想气体空腔
•
•
•
承载 稳态滚动 接地印痕
0.21 0.22 No cavity With cavity
•
•
磨损
0.2
Pf = 0.2015 0.75% > Pi
Pressure
Pi = 0.2
0.19
0.18
0
5
10
15
20
25
Time
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• MSC仿真技术在轮胎行业的成功案例
• 总结
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成功案例: 固铂轮胎
价值: MSC解决方案: 时间压缩研发周期从24个月到6个月 使用 Patran 和 MSC.Nastran进行轮胎几何模型导入 有限元建模、花纹沟槽的设计和排水性能分析
“The real advantage of PTMS comes from having highly trained engineers using it on a regular
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轮胎噪声分析-沟槽花纹的影响
轮胎与路面间 的接触区域
轮胎沟槽的声 学模型
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轮胎噪声分析-沟槽花纹的影响
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轮胎模型类型
内嵌多种轮胎模型 支持用户自定义轮胎模型
•
•
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轮胎结构的静力学分析
• • • • • • 轮胎装配 充气 承载 稳态滚动 接地印痕
轮胎在路面上的滚动阻力随着滚动速度变化曲线
磨损
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轮胎结构的静力学分析
制动、自由滚动 、加速
• • • • • •
basis to develop their ideas in a virtual world. And down the road, we're going to get more innovative products, processes and materials, which will benefit both our customers and our shareholders with increased value.” -- Dr. Richard Stephens VP Technical & Commercial Tire Operations
– 依据实验测得或虚拟测试数据生成 Adams/Tire 特征文件 – 在特征文件中修改轮胎特征参数 – 支持 Pacejka 模型
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目录
• 轮胎性能分析概述
• MSC轮胎行业解决方案
– 有限元（静力学、动力学、流固耦合） – 多体动力学 – 声学 – 疲劳