一種基于沖擊強(qiáng)度仿真分析的鋁車輪總成設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于沖擊強(qiáng)度仿真分析的鋁車輪總成設(shè)計(jì)方法，建立一種仿真的鋁車輪總成模型和沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)，驗(yàn)證鋁車輪總成的設(shè)計(jì)方案。第一步：測量輪胎和鋁車輪材料的材料特性；第二步：建立輪胎和鋁車輪的三維模型；第三步：建立橡膠和鋁車輪的三維網(wǎng)格，建立帶束層、胎體和鋼絲圈的二維網(wǎng)格；第四步：建立輪胎氣壓模型，并將輪胎、空腔、鋁車輪連結(jié)；第五步：輸出參數(shù)設(shè)置；第六步：施加沖擊試驗(yàn)的邊界條件和載荷定義，進(jìn)行顯式求解計(jì)算；第七步：結(jié)果分析與設(shè)計(jì)優(yōu)化。本發(fā)明可縮短鋁車輪總成開發(fā)周期，避免由于前期設(shè)計(jì)缺陷造成后期設(shè)計(jì)更改的巨大成本損失，提高產(chǎn)品的可靠性。
【專利說明】
一種基于沖擊強(qiáng)度仿真分析的鋁車輪總成設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于底盤行駛系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種基于沖擊強(qiáng)度仿真分析的鋁車輪總成設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來我國道路交通事故造成了嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，而且還在呈逐年上升趨勢。在影響道路交通安全的諸多因素之中，鋁車輪總成沖擊強(qiáng)度是否滿足極端工況要求是引發(fā)交通事故的一個重要原因。而且能否滿足國標(biāo)沖擊試驗(yàn)是汽車能否上市的門檻之一。當(dāng)汽車在高速行駛中，遇到路面障礙物，來不及避讓，使輪胎和鋁車輪受到較大沖擊。為了規(guī)避鋁車輪總成的設(shè)計(jì)缺陷，在前期設(shè)計(jì)過程中很好的預(yù)測鋁車輪總成的沖擊強(qiáng)度尤為重要，目前都是采用實(shí)物輪胎加鋁車輪，通過臺架沖擊試驗(yàn)來評價鋁車輪總成的沖擊強(qiáng)度，然而設(shè)計(jì)物理樣件制作周期長，導(dǎo)致整車開發(fā)周期延長，同時設(shè)計(jì)物理樣件成本昂貴，加大了開發(fā)成本。更為關(guān)鍵的是，鋁車輪總成一般是按照重量計(jì)算成本，如何在滿足安全性能的前提下做到輕量化，這種試驗(yàn)方法無法解決此問題。
[0003]目前在汽車企業(yè)和鋁車輪生產(chǎn)企業(yè)中，對沖擊的計(jì)算往往只考慮鋁車輪，而不考慮輪胎，并將沖擊過程簡化為靜態(tài)加載的方式進(jìn)行;有些企業(yè)選擇一個動態(tài)因子結(jié)合靜態(tài)分析來考慮計(jì)算，此兩種方法均不能合理的考慮輪胎對沖擊的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于沖擊強(qiáng)度仿真分析的鋁車輪總成設(shè)計(jì)方法。通過建立一種仿真的鋁車輪總成模型和沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)，驗(yàn)證鋁車輪總成的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而完成設(shè)計(jì)方法的選擇和優(yōu)化。
[0005 ]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]—種基于沖擊強(qiáng)度仿真分析的鋁車輪總成設(shè)計(jì)方法，具體實(shí)施步驟如下:
[0007]第一步:測量輪胎橡膠材料超彈性模型的力學(xué)材料參數(shù);測量帶束層的力學(xué)材料參數(shù)、測量帶束層一束尼龍線的間距和面積、測量帶束層一束鋼絲的間距和面積;測量胎體聚酯的力學(xué)材料參數(shù)、測量胎體一束聚酯線的面積和間距;測量鋼絲圈的力學(xué)材料參數(shù)及鋼絲的面積和鋼絲之間的間距;測量鋁車輪材料的力學(xué)材料參數(shù)和應(yīng)力應(yīng)變曲線；
[0008]第二步:根據(jù)輪胎斷面，測量輪胎在與鋁車輪裝配狀態(tài)下，橡膠本體、帶束層、胎體、鋼絲圈的幾何數(shù)據(jù)，建立輪胎三維模型;根據(jù)鋁車輪的幾何數(shù)據(jù)生成鋁車輪三維模型；
[0009]第三步:利用第二步得到的輪胎及鋁車輪三維模型，建立橡膠三維網(wǎng)格、建立帶束層、胎體和鋼絲圈的二維網(wǎng)格，建立鋁車輪三維網(wǎng)格；
[0010]第四步:利用第一步和第三步，建立帶束層、胎體和鋼絲圈的材料屬性，橡膠的材料屬性，兩者聯(lián)合建立簾線-橡膠復(fù)合結(jié)構(gòu)工程化表征輪胎實(shí)際結(jié)構(gòu)，建立空腔結(jié)構(gòu)表征輪胎氣壓。并將輪胎、空腔、鋁車輪連結(jié)；
[0011]第五步:利用第四步得到的模型，輸出INP實(shí)現(xiàn)簾線-橡膠復(fù)合結(jié)構(gòu)模型耦合連接、試驗(yàn)胎壓、熱熔、空氣常數(shù)，空氣壓強(qiáng)、接觸摩擦系數(shù)等參數(shù)設(shè)置；
[0012]第六步:利用第五步得到的模型，施加沖擊試驗(yàn)的邊界條件和載荷定義，進(jìn)行顯式求解計(jì)算；
[0013]第七步:結(jié)果分析與設(shè)計(jì)優(yōu)化；
[0014]其中，所述鋁車輪總成包括輪胎和鋁車輪；
[0015]所述輪胎三維模型是利用HyperMesh軟件在ABAQUS模板下生成；
[0016]所述鋁車輪三維模型在HyperMesh軟件ABAQUS模板下生成車輪三維模型；
[0017]所述束層、胎體和鋼絲圈的材料屬性通過REBAR模型建立；
[0018]所述橡膠的材料屬性通過Mooney-Rivl in模型建立；
[0019]所述輪胎氣壓通過FLUID CAVITY模型建立空腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征；
[0020]所述顯式求解計(jì)算是通過ABAQUS軟件完成的。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有效增益在于:
[0022]—是參照實(shí)際的鋁車輪總成進(jìn)行物理參數(shù)測量和采集，利用簾線-橡膠復(fù)合結(jié)構(gòu)工程化的考慮了真實(shí)的輪胎結(jié)構(gòu)。
[0023]二是用空腔模型真實(shí)的表征了輪胎的胎壓對車輪總成剛度的影響。
[0024]三是用顯式動態(tài)計(jì)算的方法綜合考慮了實(shí)際沖擊中的材料非線性、幾何非線性、邊界非線性問題，模擬了輪胎的力學(xué)性能，從而在ABAQUS軟件中達(dá)到了開展鋁車輪總成沖擊強(qiáng)度仿真的目的，真實(shí)的再現(xiàn)了沖擊試驗(yàn)。在設(shè)計(jì)階段便可以準(zhǔn)確預(yù)測沖擊工況下鋁車輪總成的沖擊強(qiáng)度并提出優(yōu)化改進(jìn)方案，縮短了開發(fā)周期，避免由于前期設(shè)計(jì)缺陷造成后期設(shè)計(jì)更改的巨大成本損失，提高產(chǎn)品的可靠性。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明的流程圖；
[0026]圖2是鋁車輪總成空腔模型圖；
[0027]圖3是鋁車輪總成沖擊模型圖；
[0028]其中，I為輪胎橡膠、2為帶束層頂層、3為帶束層中間層、4為帶束層底層、5為胎體、6為空氣、7為鋼絲圈、8為鋁車輪、9為沖頭。
具體實(shí)施例
[0029]下面根據(jù)圖1-3給出本發(fā)明的實(shí)施例，并予以做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式。
[0030]本發(fā)明在建模之前，首先參照實(shí)際的鋁車輪總成進(jìn)行物理參數(shù)測量和采集;然后根據(jù)采集到的物理參數(shù)在建模軟件中對鋁車輪總成進(jìn)行模型建立;再完成沖擊試驗(yàn)的模型建立，模擬沖擊試驗(yàn)效果;最后根據(jù)模擬沖擊試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，對鋁車輪總成的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。
[0031]圖1為本發(fā)明的實(shí)施流程圖，具體步驟如下:
[0032]第一步:測量輪胎橡膠材料超彈性模型的力學(xué)材料參數(shù);測量帶束層的力學(xué)材料參數(shù)包括彈性模量、泊松比、密度等，以及測量帶束層一束尼龍線的間距和面積、測量帶束層一束鋼絲的間距和面積;測量胎體聚酯的力學(xué)材料參數(shù)包括彈性模量、泊松比、密度，以及測量胎體一束聚酯線的面積和間距;測量鋼絲圈的力學(xué)材料參數(shù)及鋼絲的面積和鋼絲之間的間距;測量鋁車輪材料的力學(xué)材料參數(shù)和應(yīng)力應(yīng)變曲線；
[0033]第二步:根據(jù)輪胎斷面，包含橡膠本體、帶束層、胎體、鋼絲圈的幾何數(shù)據(jù)，利用HyperMesh軟件在ABAQUS模板下生成輪胎和鋁車輪的三維模型。
[0034]第三步:利用第二步得到的輪胎及鋁車輪三維模型；建立橡膠三維網(wǎng)格選擇C3D8R單元;建立帶束層、胎體二維網(wǎng)格，選擇SFM3D4R單元;建立鋁車輪三維網(wǎng)格，選擇C3D4單元；建立鋼絲圈二維單元，選擇SFM3D4R單元。在輪胎與鋁車輪組成的封閉區(qū)域劃分網(wǎng)格來定封閉氣囊模擬輪胎的氣壓。
[0035]第四步:利用第一步、第二步和第三步，在HyperMesh軟件ABAQUS模板下，建立簾線-橡膠復(fù)合結(jié)構(gòu)工程化表征輪胎實(shí)際結(jié)構(gòu)，其中胎體、帶束層和鋼絲圈賦予REBAR模型定義的材料屬性和材料參數(shù);橡膠賦予Mooney-Rivl in模型定義的超彈性材料屬性和參數(shù);利用車輪外表面和輪胎內(nèi)表面建立空腔網(wǎng)格結(jié)構(gòu)表征輪胎氣壓，空腔單元賦予FLUID CAVITY模型定義材料屬性和材料參數(shù)。并將輪胎、空腔、鋁車輪三種連結(jié)。
[0036]第五步:利用第四步得到的模型，輸出INP文件，在INP文件中用^EmbeddedElement實(shí)現(xiàn)帶束層、胎體、鋼絲圈和輪胎橡膠的簾線-橡膠復(fù)合結(jié)構(gòu)的耦合；用*FLUIDCAVITY實(shí)現(xiàn)空腔和胎壓的初始壓強(qiáng)的定義；用^PHYSICAL CONSTANTS實(shí)現(xiàn)空氣參數(shù)定義；用*Initial Condit1ns實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)胎壓的定義和沖擊初速度定義；用*Contact實(shí)現(xiàn)輪胎和鋁車輪之間接的組合連接;用*MASS實(shí)現(xiàn)沖頭質(zhì)量的定義最終實(shí)現(xiàn)的有限元模型。
[0037]第六步:在ABAQUS軟件進(jìn)行顯式求解計(jì)算。
[0038]第七步:結(jié)果分析與設(shè)計(jì)優(yōu)化。根據(jù)模擬沖擊試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)和曲線圖，分析鋁車輪總成的靜態(tài)性能和動態(tài)性能，判斷鋁車輪總成的設(shè)計(jì)是否滿足國家標(biāo)準(zhǔn)或?qū)嶋H用途，若判斷鋁車輪總成不符合標(biāo)準(zhǔn)，則更進(jìn)一步分析判斷影響因素，提出優(yōu)化方案進(jìn)而改良鋁車輪總成的結(jié)構(gòu)或尺寸。
[0039]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的鋁車輪總成沖擊強(qiáng)度建模案例對本發(fā)明所作的詳細(xì)描述，是為了便于相關(guān)技術(shù)人員理解和應(yīng)用本仿真分析方法，不能認(rèn)定為本發(fā)明的具體實(shí)施情況僅局限于這些描述。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于沖擊強(qiáng)度仿真分析的鋁車輪總成設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述鋁車輪總成包括輪胎和鋁車輪，鋁車輪總成設(shè)計(jì)方法如下: 第一步:測量輪胎橡膠材料超彈性模型的力學(xué)材料參數(shù);測量帶束層的力學(xué)材料參數(shù)、測量帶束層一束尼龍線的間距和面積、測量帶束層一束鋼絲的間距和面積；測量胎體聚酯的力學(xué)材料參數(shù)、測量胎體一束聚酯線的面積和間距;測量鋼絲圈的力學(xué)材料參數(shù)及鋼絲的面積和鋼絲之間的間距;測量鋁車輪材料的力學(xué)材料參數(shù)和應(yīng)力應(yīng)變曲線； 第二步:根據(jù)輪胎斷面，測量輪胎在與鋁車輪裝配狀態(tài)下，橡膠本體、帶束層、胎體、鋼絲圈的幾何數(shù)據(jù)，建立輪胎三維模型;根據(jù)鋁車輪的幾何數(shù)據(jù)生成鋁車輪三維模型； 第三步:利用第二步得到的輪胎及鋁車輪三維模型，建立橡膠三維網(wǎng)格、建立帶束層、胎體和鋼絲圈的二維網(wǎng)格，建立鋁車輪三維網(wǎng)格； 第四步:利用第一步和第三步，建立帶束層、胎體和鋼絲圈的材料屬性，橡膠的材料屬性，兩者聯(lián)合建立簾線-橡膠復(fù)合結(jié)構(gòu)工程化表征輪胎實(shí)際結(jié)構(gòu)，建立空腔結(jié)構(gòu)表征輪胎氣壓。并將輪胎、空腔、鋁車輪連結(jié)； 第五步:利用第四步得到的模型，輸出INP實(shí)現(xiàn)簾線-橡膠復(fù)合結(jié)構(gòu)模型耦合連接、試驗(yàn)胎壓、熱熔、空氣常數(shù)，空氣壓強(qiáng)、接觸摩擦系數(shù)等參數(shù)設(shè)置； 第六步:利用第五步得到的模型，施加沖擊試驗(yàn)的邊界條件和載荷定義，進(jìn)行顯式求解計(jì)算； 第七步:結(jié)果分析與設(shè)計(jì)優(yōu)化。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于沖擊強(qiáng)度仿真分析的鋁車輪總成設(shè)計(jì)方法，其特征是: 所述輪胎三維模型是利用HyperMesh軟件在ABAQUS模板下生成； 所述鋁車輪三維模型在HyperMesh軟件ABAQUS模板下生成車輪三維模型； 所述束層、胎體和鋼絲圈的材料屬性通過REBAR模型建立； 所述橡膠的材料屬性通過Mooney-Rivl in模型建立； 所述輪胎氣壓通過FLUID CAVITY模型建立空腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征； 所述顯式求解計(jì)算是通過ABAQUS軟件完成的。
【文檔編號】G06F17/50GK106055828SQ201610426991
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】龍弟德, 曾小利
【申請人】重慶長安汽車股份有限公司