子午线轮胎充气及静态接触状态下的有限元分析

本文应用ANSYS有限元软件,根据轮胎的实际结构,在充分考虑了轮胎的几何非线性,橡胶本构关系的非线性,帘线-橡胶材料的各向异性以及接触非线性边界条件等因素,采用层单元、体单元和接触单元的组合,建立了轿车用子午线轮胎(型号205/65R15 94H)的三维有限元模型。 由于子午线轮胎材料的异构性以及轮胎带束层和帘布层的多层结构,选用层单元和体单元的组合可以既经济又比较准确地模拟轮胎内部结构,另一方面,由于轮胎材料的非线性以及与地面的接触非线性,整个分析过程为非线性分析。所以,每一载荷均分为几个子步逐步施加,以保证计算精度和收敛速度。此外对这些载荷作用下轮胎接地不同位置处轮胎截面上的应力、应变、位移进行了详细的讨论。 在充气状态下和静态接触状态下,轮胎具有不同对称结构,所以本文尝试使用扇形模型和半胎模型两种不同的模型分别模拟不同的工况。 根据轮胎的实际使用状态,通过以上非线性有限元分析,深层次地研究了轮胎的力学性能与轮胎结构的关系,分析了轮胎在充气状态下以及与地面静态接触下的整体变形、应力、应变,为轮胎性能的评价及轮胎的设计和改进提供了参考依据。