輪胎模型的案例
基于UG的輪胎三維模型設計方法
摘 要：以23.5R25全鋼工程子午線輪胎為例，介紹一種基于UG軟件的輪胎三維模型設計方法。UG軟件具有比較強大的曲面造型和實體造型功能，通過一些常用的特征命令可以生成輪胎的實體三維模型，滿足輪胎設計要求。
關鍵詞：UG;輪胎;三維模型;
輪胎三維模型設計是輪胎研發過程中重要的一步，可用于花紋設計、有限元計算、產品的宣傳等。目前有多款軟件可以進行輪胎的三維模型設計，常用的軟件有CATIA、UG、Pro/ENGINEER、Solidworks。其中UG具有豐富的曲面造型功能，能提高造型效率，深受設計人員歡迎。毛慧珍[1]綜合使用Pro/E軟件和UG軟件的功能，提出了一種高效實用的輪胎模具花紋造型方法。申玉德等[2]介紹了以UG NX2軟件進行的輪胎三維設計方法以及其使用效果。張勇等[3]介紹了利用立體繪圖程序繪制輪胎立體圖的方法和要點。梁文蘭[4]利用UG NX軟件設計了12.00R20礦用輪胎三維模型。
本工作以23.5R25全鋼工程子午線輪胎為例，介紹了一種基于UG軟件的輪胎三維模型設計方法。
1 草圖設計
草圖是三維模型設計的基礎，一般有兩種方法建立草圖。
一是直接繪制輪廓和花紋展開圖的草圖。例如設計輪廓，只需要粗略畫出輪廓的大致形狀，然后通過對草圖施加尺寸約束和幾何約束，從而控制其尺寸、形狀和位置，得到精確的輪廓圖形。草圖具有后參數化功能，便于設計和修改。
另一種方法，可以導入輪廓和花紋展開圖二維平面圖。此方法也是比較方便快捷的。在導入之前需要在Auto CAD中處理好該二維平面圖。首先刪除圖中的標注、氣眼等，僅保留輪廓曲線以及繪制必要的輔助線，將其輪胎中心移到原點，花紋展開圖僅保留半個節距的曲線，對稱中心也置于原點。其次，確保處理好的輪廓曲線和花紋展開圖曲線分別是連續的封閉的。
展開 專題｜LSTC_FCA 輪胎有限元模型應用?
LSTC與FCA共同開發的LSTC_FCA輪胎模型是基于一系列的材料、驗證以及樣件的水平測試。
有限元網格的劃分是基于輪胎部分的2D幾何模型數據開發的。
通過對參考輪胎的幾何尺寸調整，得到了不同尺寸的輪胎模型 。
ANSYS輪胎-路面模型建立步驟
1.建立輪胎模型，輪胎中點和節點一起定義為一個剛體；2.加載
3.平動+滾動模擬車輪向前行駛。
4.分析
汽車充氣輪胎的路面滾動模擬(流固耦合)（附ANSYS命令流&模型文件）
本技術案例展示了：
輪胎受車輛重力載荷壓縮
輪胎充氣模擬
輪胎與路面接觸模擬滾動
關鍵仿真模擬技術特征：
流體靜力學單元的建立
氣體材料模型建立
加強單元使用（REINF265）
計算結果
輪胎充壓（右）與不充壓（左）變形結果：
輪胎滾動模擬變形結果：
模型建立
為模擬實際情況，輪胎尺寸采用小型轎車尺寸建立幾何模型。
一、輪胎模型建立
采用SOLID186實體單元建立，先建立輪胎2D截面，后通過對軸旋轉成體。
二、輪胎內氣體模型建立
采用HSFLD242流體靜力學單元建立，先選擇輪胎內壁單元，采用EURF命令在輪胎內壁與輪胎中心點之間生成氣體單元。
ESURF, XNODE, Tlab, Shape
!Generates elements overlaid on the free faces of existing selected elements
實際中，輪轂區域不該存在氣體單元，如圖示，因此指定這部分單元為負體積氣體單元，以忽略該部分單元的影響。
三、輪胎內纖維加強模型建立
采用REINF265加強單元建立。選中輪胎外表面單元，采用ereinf命令定義加強單元。
EREINF
!Generates reinforcing elements from selected existing (base) elements.
展開 
利用Adams/view搭建整車動力學模型 附ADAMS-View創建車輛輪胎路面步驟下載
最近由于論文需要，需搭建整車的動力學模型，對比市面各種動力學仿真軟件后，發現沒有適合本課題的應用軟件，所以只能自己動手，豐衣足食。
利用Adams/View搭建整車動力學模型，首先需要在三維軟件中建立結構模型，之后導入Adams中添加約束，最后與Matlab/Simulink聯合仿真。之前想的問題是，在這個過程中，時間肯定會大多花費在約束的添加上，然而，現在看來，完全不是那樣，約束的添加僅僅是一個小浪花而已。
寫這篇的目的，是給課題室將來如果做類似建模的話提供一個經驗參考。
第一步：三維模型的結構建模。
我用的CATIA,建模要點有：
1.建模思路：在裝配界面，自頂而下建模，通過插入【新建零件】【新建部件】等工具在裝配界面直接畫圖，而不是在新建一個零件，畫好之后，再通過導入工具，調整約束關系等。這樣做的好處就是整個裝配體的參考坐標系始終是一個，不用調整約束關系，導入adams后位置關系不會錯亂。
2.建模細節：
減震器建模：Adams/view中有減震器模型，所以在CATIA中只需要確定減震器安裝的上下點即可，建議用一個小圓球定位。
輪胎建模：Adams/view中也有輪胎模型，所以只需要確定輪胎中心點即可。由于adams/View中沒法像car中更改輪胎的定位參數，如外傾角和前束角，所以這兩個角度在立柱上要體現出來。從而在view中定義輪胎旋轉軸時選定。
側傾角標記點：由于View中各種角度的定義參考坐標系都是大地坐標系，所以需要在車架中心平面左右兩側定義兩個點，建議也用小圓球，用于在view中定義側傾角。
第二步：Adasm/View中約束的處理
1.減震器部分：推桿，導向結構，減震器之間用等速約束。
展開 案例57-輪胎性能模擬
例如：
• 僅在穩態滾動分析中引入了道路輪胎接觸副的摩擦系數。
• 輪圈-輪胎接觸的行為從二維模型中的無摩擦變為三維模型中的粘結。
材料屬性
輪胎的橡膠部件使用Mooney Rivlin材料模型。補強和胎圈填充組件使用線性彈性材料模型。
邊界條件和加載
輪胎性能模擬在多個載荷步中進行，從二維軸對稱模型開始，直到整個三維模型。描述了每個載荷步的邊界條件和載荷。
二維軸對稱模型的邊界條件和載荷
在二維軸對稱模型中，剛開始時對剛性輪圈表面進行建模，使其相對于輪胎已經處于其最終位置。通過在所有方向上約束輪圈-輪胎接觸對的導向節點，它保持固定：
或者，也可以通過朝向輪胎移動剛性輪圈表面來執行輪圈安裝。
在這種情況下，將創建兩個單獨的剛性輪圈表面（每端一個，以與2-D輪胎橫截面接觸），并在輪圈安裝分析期間將其推向輪胎。然而，在本示例問題中，僅在其相對于輪胎的最終位置處創建一個剛性輪圈表面。
在第二載荷步（充氣分析）中，在輪胎的內表面上施加氣壓：
循環內部壓力和端蓋載荷：
三維模型的邊界條件和載荷
在輪圈安裝和充氣分析之后，將二維軸對稱輪胎模型擠出成三維模型（EEXTRUDE）。
所有接觸對、載荷和結果都會自動從二維軸對稱模型傳輸到三維模型（MAP2DTO3D），并在三維輪胎模型上繼續模擬進行足跡分析。
在足跡分析期間，建立道路和輪胎之間的接觸，并通過道路-輪胎接觸對的引導節點將車輛載荷傳遞到輪胎：
通過適當旋轉剛性路面，可以添加非零外傾角。
展開 車輛聯合仿真--模型中輪胎驅動添加之問題及解決方法
問題在于車輛模型中輪胎驅動添加的方法。今將問題的解決方法寫出來，以幫助遇到類似問題的朋友。詳見附件。
B-車輛模型中輪胎驅動添加之問題及解決方法 .rar
汽車輪胎力學研究分析
研究方向，輪胎力學研究中，基于嚴密的理論分析，在國際上創新地提出了利用輪胎的試驗模態參數對輪胎直接建模的方法，能最大程度地避免人為因素的影響，且模型高度解析，可大大減少繁雜的試驗；用這種方法建立的輪胎垂直特性、滾動特性、偏離特性和靜包容特性模型，使整車模擬預測結果與一些經驗性規律定性一致。
輪胎的模態試驗技術輪胎的垂直模型(1996) 滾動模型(1999) 側偏穩態特性模型(1998-1999) 側偏動態特性模型(1998-1999)靜態包容特性模型(1999－2001)
輪胎的3維模態試驗
垂直模型垂直剛度的理論計算
TMPT 是國際車輛動力學學會（ International Association of Vehicle System Dynamics ， IAVSD ）組織的輪胎模型性能測試項目 , 該項目得到了輪胎生產廠家 Michelin, Continental, 汽車生產廠家 BMW，Robert Bosch Gmbh，PSA，Porsche AG 以及多體動力學軟件供應商ADAMS,DADS和SIMPACK 的支持。
它的背景和目的在于：隨著車輛動力學分析對輪胎模型提出的更高要求，包括：定量的精度，對各種工況適應的情況，更高的頻率范圍等，輪胎生產廠家和汽車生產廠家需要更多的了解輪胎模型及其對輪胎力學特性的描述。
為了全面了解已有輪胎模型及其與應用于多體系統車輛模型的能力， IAVSD 面向全球邀請輪胎模型參加一個專門的輪胎模型性能測試，并將輪胎模型分為兩大類：操穩特性（ handling behavior ）和高頻特性，其中高頻特性明確要求頻率范圍到 60Hz, 能描述輪胎在短波不平路面（ cleat ）上的特性。
展開 ANSYS做的輪胎模型
____________________________________定義輪胎材料參數_________________________________________________
!___________________________定義超彈材料，用9常數模型(單位為MPa)___________________
mp,ex,1,8000e6
mp,prxy,1,0.4
!____________________________定義正交彈性材料(單位為MPa)___________________________
mp,ex,2,1.03e10
mp,prxy,2,0.33
mp,ex,3,2.1e11
mp,prxy,3,0.3
save,material4,db
/prep7
!_______________________________________定義道路幾何參數___________________________________________
areaload=0.557800e6 !單位mpa
arearadiu=0.1066 !單位m
top=0.5493
thick1=0.04+top !單位m
thick2=0.06
thick3=0.07
thick4=0.25
thick5=0.27
thick6=3.5
distanceofaxie=1.5*arearadiu !兩輪中心距
rightb=1.50
leftb=-1.50
frontb=1.50
backb=-1.50
depthb=-(thick1+thick2+thick3+thick4+thick5+thick6)
!
展開 虛擬路譜激勵的整車路躁仿真核心技術問題
虛擬路譜激勵的整車路躁仿真，首先激勵源是路面不平度，直接加載到整車模型的輪胎footprint點，提取人耳處的聲壓響應和方向盤、座椅等位置的振動加速度響應。所以，要完成這一整套的仿真分析后處理過程，有以下幾個技術難點。
1.輪胎的建模仿真
虛擬路譜直接加載到輪胎模型上，繞不開對輪胎的建模和仿真。輪胎是一種高度非線性，成分非常復雜的子系統，其自身的力傳遞特性直接決定了從地面傳遞到輪芯的力大小，所以，為了準確的進行整車的路躁仿真，準確的輪胎模型是必須的，所以一般通常使用的那種簡易輪胎模型（即整個輪胎一圈均使用rbe2單元連接，接地點使用0長度BUSH單元模擬輪胎接地的XYZ向剛度）就不適用了。
FE tire模型
目前，在NVH仿真領域，輪胎可以達到的頻率范圍至少要300Hz以上，適用于整車建模的精確的輪胎建模仿真解決方案主要有兩種：一種是模態輪胎，另一種是CDtire。兩種均可以得到精確的地面到輪心的力傳遞特性，但也有不同的。模態輪胎是傳統的FE輪胎，是一種基于設計參數的輪胎模型，即使用輪胎設計的材料屬性，來構建輪胎有限元模型，采用橡膠某一種的本構模型，來構建輪胎的力學關系，通過非線性的有限元仿真，來得到輪胎的動力學結果，直至轉化得到通用有限元軟件能使用的模態輪胎模型。而CDtire就不一樣了，它是一種基于經驗（實驗）的輪胎模型。對于一個已經有實物的輪胎，給輪胎做各種各樣的實驗，通過這些實驗數據和結果，使用軟件擬合得到一個輪胎模型，這個輪胎模型可以適用的范圍比較廣泛，根據實驗的不同擬合出來的輪胎也是不同的，但完備的實驗數據和結果，甚至可以得到一個多體動力學和NVH共用的輪胎模型。
CDtire 模型和構建層數原理圖
2.虛擬路譜的獲取
虛擬路譜是激勵源，需要把路面的不平度轉化為虛擬路譜進行加載。
展開 LS-DYNA/FCA輪胎培訓
FCA輪胎培訓
尊敬的LS-DYNA客戶：
LSTC與FCA基于一系列的材料、驗證以及樣件測試共同開發了LSTC_FCA輪胎模型，為了中國的用戶更好地使用該系統輪胎模型。我們特別邀請了LSTC專家Suri對LSTC_FCA輪胎模型的開發和應用進行介紹。
一、培訓時間、地點、培訓人數、及培訓方式
1) 培訓時間： 2019年9月24日 20:00-21:30（美國東部時間8:00-9:30 AM）
2) 培訓方式：遠程在線授課
5）培訓語言：英文
二、 培訓主講介紹及培訓內容安排
Suri Bala專家
Suri Bala專家從2000年起就加入LSTC，擅長從純拉格朗日，任意拉格朗日-歐拉，到諸如SPH和EFG無網格技術的數值模擬的各個領域，且在建造和處理大規模汽車模型方面具備豐富的現場支持經驗。
培訓主要內容：
1、輪胎模型介紹；
2、輪胎測試；
3、輪胎模型裝配；
4、輪胎模型的應用；
5、案例
三、培訓費
1.免費。
2.培訓工作由上海仿坤軟件科技有限公司承辦。
聯系人：
俞琴 18221209107
費喜熙 13482272672 （021）61261195
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3D輪胎自由模態的提取 ￥5
本次文章主要講述了3D輪胎自由模態的提取，因為所要提取的是自由模態，所以此次要編寫的inp文件與step2rev.inp相比無需考慮剛性路面的建立、輪荷加載的設置等因素，只需定義輪輞的屬性、3D輪胎充氣仿真以及基于LANCZOS求解法的3D輪胎自由模態提取即可。模態頻率的關鍵字為*FREQUENCY，提取范圍為0.1——300Hz。
本次操作基于前文所述的Hypermesh 輸出二維輪胎模型2D.inp，將二維輪胎模型進行旋轉可得3D輪胎模型，關鍵字為*SYMMETRIC MODEL GENERATION.
二維輪胎有限元模型如下所示：
有關3D輪胎旋轉的相關內容在3D輪胎的生成文章中已進行講述，這里不再過多贅述，3D輪胎生成inp文件編寫如下：
生成的3D輪胎模型如下所示：
展開 虛擬試驗場：汽車開發的數字化革命
FTire輪胎測試和模型辨識能夠模擬和分析輪胎在各種路況和駕駛條件下的反應，以此優化設計和提升車輛安全性。通過整車多體動力學建模和優化，可以模擬整車在不同工況下的動力學行為，為優化車輛操控性和駕駛舒適性提供依據。六分力試驗對標是通過仿真技術精確測量和優化汽車的六個基本力，即前后、左右、上下的力，以提高汽車的穩定性和控制性。耐久虛擬仿真則通過模擬長期使用和惡劣環境下的情況，預測汽車的耐用性和可靠性。
一、引言
汽車的開發需要大量的時間和資金，而且傳統的試驗方法需要消耗大量的物理資源。為了提高汽車開發的效率和質量，數字化技術已經成為了汽車開發的趨勢。虛擬試驗場是數字化技術在汽車開發中的重要應用，它能夠提供高度精確的試驗環境，加快汽車開發的速度和降低開發成本。本文將介紹虛擬試驗場的技術實現和應用，分析其優勢和挑戰，并展望數字化技術對汽車開發的未來影響。
二、虛擬試驗場的技術實現
虛擬試驗場是基于計算機仿真技術的汽車試驗平臺，其主要實現包括三維數字路面建模、FTire輪胎測試和模型辨識、整車多體動力學建模和優化、六分力試驗對標以及耐久虛擬仿真。下面將對這些技術進行詳細介紹。
三維數字路面建模
三維數字路面建模是虛擬試驗場的基礎技術，它能夠在計算機中構建高度精確的路面模型。這個模型可以包括路面的幾何形狀、摩擦系數、噪聲和震動等特征。在模擬試驗中，汽車模型通過在數字路面上運動，模擬真實道路上的運動狀態。三維數字路面建模需要基于車輛運動學和動力學模型，考慮路面的各種特征，如平整度、垂直和橫向坡度、橫向橫坡和縱向垂坡等，實現高度真實的模擬效果。
FTire輪胎測試和模型辨識
FTire是一種廣泛使用的輪胎模型，它能夠通過輪胎試驗數據，建立輪胎的數學模型。虛擬試驗場中，可以通過FTire模型對輪胎進行測試和模型辨識。
展開 專業非線性柔性多體動力學仿真軟件
輪胎和路面模型
為了實現整車、全路況模擬，FEDEM提供了豐富的輪胎和路面模型。目前，FEDEM支持Delft- Tyre (TNO Automotive)開發的MF-Tyre和SWIFT輪胎模型、COSIN公司開發的FTIR輪胎模型。FEDEM擁有SWIFT輪胎模型的標準輪胎接口(STI)和針對FTIRE輪胎模型的COSIN輪胎接口(CTI)。FEDEM的附加模塊提供了完整的Delft-Tyre輪胎庫。
快速構造恢復技術
結構的結果是在時間域求解的同時，通過一個集成的超單元恢復過程獲得。所有單元，及時間增量的分應變和分應力可以通過恢復操作獲得。另外，恢復操作可以是針對單獨的個體、甚至預定義的選定的時間增量單元組。時間歷程概要，如：最大/最小應力，也可以通過恢復操作獲得。
結合nCode的耐久性預測
FEDEM提供了與nCode公司的產品FE-Fatigue無縫接口，幫助用戶實現機械設備的耐久性評估和預測。
對于選定的單元，a peak-valley extraction在應力和應變從非線性結構動力學方案中恢復過來的同時獲得執行。當需要輸入到疲勞求解器時，這被用來計算一個rainflow matrix。在分析的過程中，分析結果可以像模型上面的輪廓圖一樣顯示在3維的圖形界面中。另外，虛擬應變的估計測量也可以從模型中獲得。
復合事件工作循環分析
不同模擬過程的結果組合可以化合成復合事件工作循環分析。FEDEM直觀的用戶界面為結果組合和工作循環管理提供了清晰的示圖。
安裝平臺和操作系統要求
Fedem Simulation Software可以在Windows NT/2000/XP系統上運行。
展開 Marc模擬汽車輪胎穩態滾動的方法
1 概述
為方便具有輪胎非線性分析需求的用戶熟悉Marc（Marc Mentat）中輪胎建模的方法和流程，針對某汽車輪胎的裝配、充氣、承載后輪胎的變形和應力分析以及在路面上穩態滾動的模擬進行描述。
2實現方法
Marc軟件實現上述過程包括了4大步驟，依次為：
l 使用Marc Mentat建立輪胎二維軸對稱模型，模擬輪胎裝配到輪輞和充氣的過程。
l 基于二維軸對稱模型建立的輪胎模型完成裝配和充氣過程后擴展得到三維實體模型。
l 模擬三維輪胎模型在路面上承載后的變形和應力分布。
l 輪胎穩態滾動分析。
3應用實例
下面以某195/65R15汽車輪胎為例對上述過程加以說明。首先使用Marc Mentat建立輪胎二維軸對稱模型，模擬輪胎裝配到輪輞和充氣的過程。
根據輪胎的結構和尺寸參數在Mentat中建立下圖所示的有限元模型，用戶可以使用Marc Mentat直接創建輪胎截面的幾何模型和有限元模型，也可以利用Mentat提供的接口，將其他CAD或CAE軟件創建的模型導入到Mentat中進行后續材料參數、邊界條件、分析參數等的定義。Mentat提供了多種商用的CAD和CAE軟件的接口，具體可以參考Marc release guide(General CAD Import with Repair部分)的介紹。本例出示的輪胎模型包括橡膠胎面、帶束層、胎冠（tread、base、rubber）以及布簾等加強結構（bead、rebar1、rebar2）。如下圖所示：
輪胎截面有限元模型(二維軸對稱)
橡膠材料部分可以采用Marc提供的Mooney模型定義，根據實際材料特性輸入相應的材料參數即可。
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