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664 轮 胎 工 业 2008年第 28卷 具有细致花纹块的轮胎网格生成及负荷分析 颜 超 ，杨 卫 民 (北京化工大学 机电工程学院，北京 100029) 摘要 ：考虑具有不同深度的细致花纹块 ，提出一种应用于子午线轮胎三维有限元分析 的网格划分程序 ：首先对轮 胎胎体和胎面花纹分别划分网格 ，然后将两者装配。对具有细致花纹 的完全轮胎模型和只有轴 向花纹沟的简单半侧 轮胎模型进行接地有限元对比分析表 明，考虑细致花纹的模型分析结果与测试数据更吻合 。 关键词：子午线轮胎 ；细致花纹；胎面 ；有限元分析 中图分类号 ：U463．341 6；O241．82 文献标识码 ：B 文章编号 2008)11-0664—05 轮胎的设计质量决定 了轮胎的主要性能，同 时其分析精度也起了很大作用。众所周知 ，轮胎 数学分析的难点主要有几何复杂性与非线性和材 料的复杂性等。当考虑轮胎 的几何复杂性时，胎 面部分的网格生成将会很复杂 ，这也是轮胎三维 网格生成的关键 。 轮胎与路面接触时，接触 区域 内的胎面描述 了轮胎的大部分性能，如接触压力 、磨损 、噪声、刹 车和打滑特性。具有复杂花纹的胎面是由许多凹 槽和凸突起组成的。轮胎的花纹通常不关于其中 图 1 子午线轮胎 的三维完全模型 心线对称 ，并且为了将行驶 中的振动和噪声减到 不变 ，这使得胎面部分与胎体部分网格 的密度有 最小，花纹的深度也不同。这些 问题都使得在考 所不同，因此模型建立后需将两者装配。本工作 虑轮胎的复杂特性时，建立数字模型要做大量 网 研究的轮胎为 205／60R15轿车子午线轮胎 。 格划分工作，并会生成大量单元 。基于上述原 因， 1．1 胎体有限元模型的建立 传统的三维轮胎分析 中不是完全忽略花纹就是只 胎体部分包括带束层、胎体帘布层 、胎侧 、胎 有圆周方 向的主要花纹沟。毫无疑问，这种简单 肩 、内衬层、三角胶和钢丝圈等。首先建立胎体二 的模型会使主要性能 的期望值较低 ，特别是那些 维截面网格 ，如图2所示 ，利用其在圆周方向的不 与花纹相关的性能。为了补偿这些简单模型的弱 变性 ，旋转二维截面网格生成l一维单元 网格 。模 点 ，提出了一种完全模型分析法 。 型中考虑了各部分材料的不同属性以及所对应的 不 同单元类型_2]。生成的三维模型如图 3所示。 1 轮胎三维有限元模型的建立 1．2 胎面有限元模型的建立 所建立的子午线轮胎三维完全模型如图 1所 胎面为材料单一 的橡胶层 ，虽然组成胎面花 示 ，由胎面和胎体两部分组成Ⅲ。由于胎面花纹 纹 的花纹块和花纹沟排列很复杂，但它们在圆周 形状的复杂性和不对称性，将子午线轮胎模 型分 方 向也呈周期性排布，因此只需先建立一段花纹 为上述两部分 ，同时胎体部分的形状沿 圆周方 向 的三维实体模型。图 2和 3所示胎体 的上部外层 单元为带束层，采用层单元，单元最外层考虑了花 基金项 目：教育部博士点基金资助项 目(200700100016) 纹沟处橡胶层的厚度 ，胎面模型 中只需考虑花纹 作者简介：颜超(1982一)，男 ，山东青州人 ，北京化工大学在读 硕士研究生，主要从事子午线轮胎力学研究及有限元分析工作 。 块 [3]。胎面三维实体模型的建立应用 Pro／Engi— 第 11期