abaqus輪胎建模
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-02-27
abaqus輪胎建模的視頻教程
abaqus實例-051-輪胎裝配充氣豎向荷載作用（2025-08-30）-mark
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abaqus輪胎建模的實例教程
一、高性能子午線輪胎設(shè)計與仿真
今天我
主要講述基于UMESHMOTION子程序進行Abaqus子午線輪胎磨損分析。
希望從仿真技術(shù)角度帶領(lǐng)大家認識一下高性能子午線輪胎研發(fā)工作那些事。
車輛在日常行駛過程中常處于轉(zhuǎn)彎制動等工況，隨著輪胎行駛里程的增加，輪胎磨損日趨嚴重，輪胎是一個全生命周期的部件，起始狀態(tài)到報廢狀態(tài)時輪胎的磨損量大約為6mm(達到磨耗標志)。在輪胎使用過程中，磨損不可避免，并隨使用時間的延長而加劇。輪胎磨損會改變胎面形貌、剛度和接觸特性等，進而影響輪胎的動力學性能。
為簡化輪胎磨損測試過程，
D.O.Stalnaker等提出了一種輪胎室內(nèi)磨損模擬的可行方案，
如下圖所示。這種方法首先通過部分室外測試和整車動力學仿真獲取胎面所受道路路面譜等數(shù)據(jù)，之后利用有限元仿真和轉(zhuǎn)鼓臺架進行實際道路模擬測試， 結(jié)合胎面膠耐磨性能數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)主要基于室內(nèi)轉(zhuǎn)鼓試驗來預測輪胎道路磨損特性的目標。
輪胎室內(nèi)磨損測試基本流程
一、
ABAQUS子程序二次開發(fā)的軟件配置
在Abaqus進行磨損子程序調(diào)用時，首先需要對Abaqus的運行環(huán)境進行更改，ABAQUS 的用戶子程序是根據(jù) ABAQUS 提供的相應接口， 按照 FORTRAN 語法用戶自己編寫的代碼。在一個算例中， 用戶可以用到多個用戶子程序， 但必須把它們放在一個以.FOR 為擴展名的文件中。
展開 導讀：經(jīng)市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在市場輪胎退賠輪胎占配比中，因胎圈爆破而產(chǎn)生的退配比頗高，約占30%左右。胎圈爆破產(chǎn)生的原因主要是因為在輪胎的構(gòu)造中，緊挨在一起的胎體簾布層與三角膠、耐磨膠的剛度相差極大，而且在位移趨勢上，比較胎體簾布反包線與內(nèi)側(cè)胎體簾線之間方向相反，故此區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生極大的剪切變形，故導致胎圈爆破。
一、工況描述
此次研究依次取胎體簾布反包高度為0、30、80mm子午線輪胎基于有限元法對對反包端點的主應力、主應變及胎側(cè)變形、下沉量進行研究。
反包高度為0
反包高度30
反包高度80
二、載荷設(shè)置
單變量仿真，除胎體簾布的反包高度不同，其余條件相同。
仿真條件如下：
標準充氣壓強：0.93 MPa
標準負荷為3730 N,穩(wěn)態(tài)滾動線速度為60Km/h。
聲腔采用自適應網(wǎng)格劃分。
首先對輪胎材料進行定義：
分別對TREAD(胎面) 、BELTSKM(帶束膠)、 INNERLINEAR(內(nèi)襯層）、BEAD(鋼絲圈)、RIMCONT(子口護膠)、SIDEWALL(胎側(cè))、CARCASS(胎體膠)、 BEADF(三角膠)、BELT（帶束層）、PLY（簾布層）進行材料屬性定義
*Material, name=bead*Density 7.8e-09,*Elastic83000., 0.3*Material, name=carcass*Density 1.1e-09,*Hyperelastic, neo hooke 1.006, 0.02*Material, name=beadf*Density 1.1e-09,*Hyperelastic, neo hooke 0.671, 0.03……………..
展開 求輪胎rebar的資料。
輪胎的材料與結(jié)構(gòu)通常比較復雜，外層通常由堅固的合成橡膠制成，內(nèi)層則由多層交織的尼龍纖維與交錯排列的鋼絲簾布組成，內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括胎面、胎體、胎壁、鋼線圈、子口護膠、內(nèi)面層與帶束層等多個部分，如圖1所示。
圖1子午線輪胎結(jié)構(gòu)分布圖
目前不少工作對輪胎的建模通常采用軸對稱單元，在充氣后通過修改INP文件將輪胎置于路面上令其滾動觀察響應，本工作分享一種采用三維實體單元的輪胎建模方法。
1 建模
1.1 輪胎本體建模
本工作選用的輪胎直徑為660mm，斷面寬度為200mm，繪制輪胎截面草圖如圖2(a)所示，并繞中心軸旋轉(zhuǎn)360°后得到如圖2(b)所示的輪胎。
(a)輪胎截面草圖
(b)輪胎實體
圖2 輪胎建模
1.2 加強層建模
新建一個part，三維，殼，繪制出加強層輪廓，并繞中心軸旋轉(zhuǎn)360°，注意加強層不應超出輪胎邊界，如圖3所示。
1.3 材料
輪胎胎面與胎壁賦予超彈性材料，本工作選用二參數(shù)Mooney-Rivilin模型，參數(shù)設(shè)置如下：
輪輞處選用鋼材料，楊氏模量為210000MPa，泊松比為0.28。
對于加強層材料，采用各向同性殼截面進行定義。定義其厚度與Rebar layers屬性，并對應部件進行賦予。
(a)加強層截面草圖
(b)加強層實體
圖3 加強層建模
1.4 裝配
裝配后的輪胎模型如圖4所示，加強層通過Embedded regions技術(shù)嵌入輪胎中，主體區(qū)域選擇輪胎模型，嵌入?yún)^(qū)域選擇對應的加強層區(qū)域。
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abaqus輪胎建模的最新內(nèi)容
本案例闡述了針對任意形狀三維部件實施Voronoi晶格結(jié)構(gòu)劃分并導入ABAQUS的完整流程。
三維模型需在AutoCAD中構(gòu)建，并借助CAD三維模型Voronoi劃分插件完成晶格劃分。
劃分后的晶粒結(jié)構(gòu)應導出為IGES格式文件，并以部件形式導入ABAQUS，進而構(gòu)建裝配體。
通過ABAQUS三維晶體塑性有限元建模，深入揭示柱狀晶微觀結(jié)構(gòu)（如晶粒尺寸、取向）與力學性能的關(guān)聯(lián)，為鑄造、焊接工藝優(yōu)化提供關(guān)鍵理論依據(jù)，顯著提升材料可靠性與使用壽命。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立三維晶體結(jié)構(gòu)有限元模型。
柱狀晶體模型采用CAD Voronoi V2.1插件建模，首先建立二維Voronoi模型，并在CAD內(nèi)通過拉伸命令形成三維柱狀晶體
在ABAQUS有限元軟件中構(gòu)建地層地質(zhì)分層幾何模型，對巖土工程分析具有重要研究價值。該模型能精確表征不同地質(zhì)層的幾何形態(tài)、材料屬性及空間分布，為地下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性評估、地震動力響應模擬及地質(zhì)災害預測提供可靠數(shù)值依據(jù)。通過高精度有限元分析，可顯著降低現(xiàn)場試驗成本，優(yōu)化工程設(shè)計參數(shù)，提升施工安全性和經(jīng)濟性。
本案例中的地質(zhì)分層模型通過CAD隨機粗糙度表面插件參數(shù)化隨機生成
ABAQUS三維多面體骨料密堆積建模通過重力堆積算法構(gòu)建混凝土細觀結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)隨機分布模型與實際骨料沉降行為的偏差，更精準反映骨料在混凝土中的分布特征，可實現(xiàn)高骨料占比下的力學響應模擬，為混凝土損傷機理研究、材料參數(shù)標定及多尺度耦合分析提供可靠依據(jù)。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立三維混凝土多面體骨料重力密堆積模型。
混凝土細觀骨料堆積模型采用
以前做材料本構(gòu)和細觀建模的時候，第一個攔路虎就是建模。尤其是機織編織類的材料，需要搞懂一系列織造參數(shù)，才可能完成三維模型創(chuàng)建。這還不算完，搞完模型還要繼續(xù)弄網(wǎng)格，一旦需要研究幾何參數(shù)變化規(guī)律，上述的過程又得整一遍。
即便后面我已經(jīng)很熟練了，這個過程仍然需要花費很多時間。那個時候我就在想，以后要是能自己搞一個參數(shù)化建模工具就好了。
后來做項目多了，發(fā)現(xiàn)不僅是細觀結(jié)構(gòu)
前文我們介紹了基于“厚度”推進策略生成網(wǎng)格，并自動定義鋪層、材料的層合板建模算法。
為了提高展示度，同時也是方便給別人使用。我們可以開發(fā)一個界面，并封裝成一個軟件。
作為一個小的案例，同樣采用MATLAB實現(xiàn)。
很多人都用過MATLAB的GUI模塊，然而這個東西適合做一些小的工具，稍微復雜一點的功能，就完全無法開展。
GUI模塊
一個最簡單的例子
ABAQUS二維隨機多孔結(jié)構(gòu)建模，可有效表征孔隙隨機分布與連通特性，結(jié)合有限元方法精確模擬在復雜載荷下的力學響應與損傷演化過程，或進行孔隙區(qū)域內(nèi)的流體模擬滲流分析。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立隨機分布的多孔結(jié)構(gòu)二維模型。
多孔結(jié)構(gòu)模型采用單連通周期邊界多孔結(jié)構(gòu)2D軟件參數(shù)化生成，模型為png格式的圖片文件。
ABAQUS二維隨機多邊形骨料及界面過渡區(qū)（ITZ）的混凝土細觀建模研究，可有效揭示混凝土內(nèi)部多相復合結(jié)構(gòu)的力學響應機理。該模型能夠真實反映骨料隨機分布特征及ITZ對裂縫萌生與擴展的影響，為準確模擬混凝土損傷演化過程、預測宏觀力學性能提供理論基礎(chǔ)，對提升混凝土結(jié)構(gòu)耐久性與安全性具有重要意義。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立多邊形骨料、界面過渡區(qū)（ITZ）、水泥砂漿基體多相材料混凝土細觀有限元模型。
