轮胎断面的约束方式对有限元分析的影响

有限元分析技术在轮胎行业已经得到了广泛的应用，但如何便捷、精确的获取真实的轮胎模型仍值得进行研究。本文主要研究采用不同的约束方式对轮胎断面进行测绘建模对轮胎有限元分析造成的影响。以205/55R16半钢子午线轮胎为例，分别对自由状态和使用轮辋卡板约束状态下的轮胎断面进行测绘，并以此为基础进行了有限元建模。在建立有限元模型时，选用了Neo-Hooke本构模型描述橡胶材料，Rebar模型描述橡胶–帘线材料。对轮胎的接地印迹、径向刚度和充气外轮廓进行了有限元分析，以此与实际轮胎的试验结论进行对比，寻找更加合理的建模方式。结果表明，对于充气外轮廓来说，轮辋约束状态下的断面更符合建模要求。而对于接地印迹和径向刚度来说，自由状态下的断面更符合建模要求。

有限元分析技术在轮胎行业已经得到了广泛的应用，但如何便捷、精确的获取真实的轮胎模型仍值得进行研究。在20 世纪70 年代，FEA 开发出了应力/应变的内部轴对称代码，可以研究轮胎耐久性。现在，FEA 与优化技术相结合，可以优化胎侧结构，轮胎胎冠形状，齿距变化，轮胎花纹等方面[1]。A Abe [2]将优化技术运用于轮胎设计。刘峰[3]等人考虑了轮胎的材料非线性、几何非线性、橡胶帘线复合材料各向异性等对轮胎进行非线性有限元分析。

由此可见， 研究员们通过全方位的考虑轮胎结构和性能提高有限元模型的准确性和有效性。

但在轮胎建模之前，需要对实际轮胎的断面进行测绘并以此进行建模，而测绘时不同的测绘方法以及轮胎断面不同的约束方式都会对有限元分析的准确性造成影响。彭赐龙[4]等人研究并提出了一种断面测绘方法，该方法应用于轮胎测绘及分析过程中，包括切割、打磨、画线、测绘和验证等环节。谢雷[5]等人发明了一种轮胎断面结构测绘仪及测绘方法。刘巧霞[6]研究了轮胎断面自动测绘系统中的图像处理方法。肖玉霜[7]对轮胎断面拼接，三角胶层边缘及外轮廓提取算法进行深入的研究和试验。由此可见， 研究员们对断面的测绘方法有过很多研究，但是目前测绘时轮胎断面的约束方式对轮胎模型的影响还没有人有过深入的研究。

因此本文为了研究轮胎断面测绘时的约束方式对有限元分析的影响， 以205/55R16半钢子午线轮胎为例对自由状态和用轮辋卡板约束的轮胎断面进行了测绘，并以此为基础分别进行了有限元建模。为了确定哪种固定方式更有利于有限元仿真，本次研究的内容将会包括轮胎的接地印迹、径向刚度和充气外轮廓，并与相对应的实际数据进行对比。

2. 有限元模型的建立 本文以205/55R16半钢子午线轮胎为例建立轮胎结构有限元模型， 此模型中仅考虑纵向花纹的作用。

以约束状态的断面为例，建立二维模型。先在Autocad 中对得到的断面图像进行几何处理得到轮胎的材料分布图，然后将其导入Hypermesh 中进行网格划分建立二维模型，如图1 所示。将建好的二维模型导入Abaqus 中进行有限元分析。