abaqus模擬輪胎的案例
輪胎股價大漲！高性能子午線輪胎技術改造之Abaqus輪胎建模仿真 ￥88
一、高性能子午線輪胎設計與仿真
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。
希望從仿真技術角度帶領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鼓臺架進行實際道路模擬測試， 結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 案例57-輪胎性能模擬
該示例問題模擬了各種工作條件下的子午線輪胎。使用有限元分析的輪胎模擬是確定和改進輪胎性能的一種已建立的有效方法。
輪胎是由超彈性材料（如橡膠）和加筋結構材料（如鋼絲繩，建模為線性彈性材料）組成的復雜復合結構。
重點介紹了以下特性和功能：
• 具有扭轉能力的軸對稱單元（PLANE182）。
• 通過定義表面修整的網(wǎng)格獨立方法對加固單元進行建模。
• 二維到三維分析，將二維軸對稱輪胎模型擠出到三維模型（EEXTRUDE），然后將二維網(wǎng)格中的求解變量映射到新的三維網(wǎng)格，并重新平衡結果（MAP2DTO3D）。
• 通過多幀重啟動繼續(xù)對三維模型進行分析。
• 使用任意拉格朗日Eulearin（ALE）公式進行穩(wěn)態(tài)滾動分析（SSTATE）。
介紹
作為一個復雜的車輛子系統(tǒng)，輪胎在車輛行駛和操控性能中起著至關重要的作用，影響加速、制動、轉彎和其他機動操作。使用穩(wěn)健、準確的輪胎模型進行的模擬有助于工程師預測車輛在各種操作條件下的機械響應，并幫助設計師縮短新性能特征的開發(fā)周期。
通常，輪胎具有以下部件：
• 胎面
• 皮帶區(qū)域
• 內(nèi)壁
• 胎邊區(qū)域
• 內(nèi)胎體區(qū)域
• 胎圈-填充區(qū)域
• 頂點/魚鱗區(qū)域
• 胎圈
• 加固（環(huán)帶層和胎體簾布層）
輪胎主要由橡膠等超彈性材料制成；然而，它們在某些位置（如安全帶、胎體簾布層和胎圈填充區(qū)域）用鋼或其他剛性材料加固。
輪胎幾何結構幾乎是軸對稱結構（胎面花紋塊除外），因此輪胎模擬通常從二維軸對稱分析開始。
展開 Marc模擬汽車輪胎穩(wěn)態(tài)滾動的方法
將模型擴展為三維模型,利用Mentat中提供的二維軸對稱模型到三維實體模型的擴展工具（Geormetry & Mesh--Expand--Advanced Expand--Axisymmetric Model To 3D--根據(jù)擴展的需求，定義每擴展一次對應的角度Angle以及重復的次數(shù)Repetitions，Marc Mentat支持不均勻的網(wǎng)格擴展設置，最多支持圓周方向25種不同的角度擴展方式）進行單元的擴展,擴展后的結構如下圖所示:
二維模型擴展為三維模型（左：設置菜單 右：擴展后的模型）
此時為了確保三維模型繼續(xù)模擬工作過程時,在初始時刻能夠具有裝配和充氣結束時的變形和應力分布等,需要指定初始條件,選擇Mentat中提供的工具,并設置從二維分析結果中獲取分析結束時的變形、應力、應變等信息作為三維分析初始時刻的狀態(tài)定義。
基于二維模型的分析結果定義三維模型的初始條件
擴展得到三維輪胎模型后可以進一步模擬輪胎承載后在路面上的變形和應力分布。
在模擬輪胎三維模型在路面受載后的響應之前，需要建立路面模型,并將其設置為剛體，如下圖所示，模型中包含了三個接觸體，輪胎三維模型對應變形體tire，輪輞邊界部位輪廓通過擴展得到三維曲面，指定為剛體rims，路面對應road剛體?？紤]輪胎和輪輞以及輪胎和路面的接觸關系。本例中輪胎所受載荷通過指定路面的垂直方向移動速度來模擬一段時間后輪胎受到擠壓后的變形和應力分布情況，可同時考慮載荷控制的路面對輪胎的擠壓作用。
模擬輪胎承載用的三維實體有限元模型
下圖為分析結束時，路面向上移動25mm后輪胎的變形云圖。同時可以查看輪胎內(nèi)部的應力分布云圖。
輪胎變形圖
進一步模擬輪胎穩(wěn)態(tài)滾動分析。
Marc提供了用于進行輪胎穩(wěn)態(tài)滾動分析的功能，可以模擬在一定的載荷工況下，例如摩擦力或力矩、轉速的調(diào)整等。
展開 ABAQUS三維輪胎充氣滾動案例
圖4 輪胎裝配
2 充氣
對輪胎充氣通常有兩種方法：均布壓力法與流體腔法。均布壓力法即對輪胎內(nèi)側表面法向上施加壓力，達到充氣的目的，大多數(shù)汽車仿真即采用該方法對汽車輪胎進行充氣。流體腔法通常用于模擬充滿液體或氣體的結構，可反映由于受到結構變形影響，本工作選用流體腔法對輪胎進行充氣。
定義流體腔時，首先定義一個參考點與一個完全封閉的表面。參考點作為流體腔關聯(lián)的腔體參考節(jié)點，用于標識流體腔。完全封閉表面用于指定流體腔邊界，其表面法線指向流體腔內(nèi)部。流體腔定義如圖5所示，P2即為所選參考點，表面選擇輪胎內(nèi)表面。
圖5流體腔表面與參考點定義
3 滾動設置
在輪胎下方放置一平面，平面與輪胎最低點距離應大于充氣后輪胎底部膨脹位移，平面與輪胎間摩擦力為0.05。仿真總共采用三個分析步進行：第一個分析步采用一般靜力分析，對輪胎施加壓力為0.618 MPa的內(nèi)壓與重力，并約束輪胎中心點6個方向的自由度（輪胎中心點已與輪輞部分動態(tài)耦合，可通過控制輪胎中心點的運動來控制整個輪胎的運動）；第二個分析步采用隱式動力學分析，解開輪胎中心點x方向、y方向的位移約束與繞z軸方向的轉動約束，賦予輪胎x方向8 m/s與y方向1.5 m/s（對應于輪胎在113.9mm高度落震時的沖擊速度）的速度；第三個分析步采用隱式動力學分析，取消施加在輪胎上的速度，控制輪胎以上述初速度撞擊甲板，觀察響應。滾動模型如圖6所示。
圖6輪胎滾動有限元模型
4 結果
輪胎充氣位移云圖如圖7所示，在靠近輪輞處的胎壁位移較大，最大為12.81 mm，而在胎面處的位移變化則較為不明顯，僅2 mm左右，胎壁與胎面在充氣后各自位移的變化情況與文獻[1]中機輪充氣后的位移云圖有較好的一致性。
展開 
ABAQUS殼單元輪胎模型仿真案例
輪胎的材料與結構通常比較復雜，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)部結構包括胎面、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子午線輪胎結構分布圖
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，三維實體單元的輪胎建模方法可見ABAQUS三維輪胎充氣滾動案例_輪胎仿真 ABAQUS-技術鄰，本文介紹一種采用殼單元對輪胎進行建模的方法，相比三維實體，殼單元的計算速度更快，建模方式更簡便，但相對的殼單元的計算精度與模擬的準確性上有時會不太理想。
1 建模
輪胎模擬的一個難點是其內(nèi)部加強層的模擬。通常的軸對稱單元與實體單元采用rebar layer的方式進行建模，并采用內(nèi)嵌區(qū)域的方法將加強層嵌入到輪胎主體中。但殼模型無法作為主體區(qū)域，因此本研究采用復合層的截面定義方式對機輪殼模型進行截面賦予，對機輪不同區(qū)域定義不同的復合層數(shù)及相應的厚度與材料屬性。如鋼線圈區(qū)域，共指派了十一層，并按照橡膠-內(nèi)面層-橡膠-鋼線圈-橡膠-鋼線圈-橡膠-鋼線圈-橡膠-內(nèi)面層-橡膠的排布方式賦予了該區(qū)域相應的截面屬性，每一層的厚度與旋轉角均與輪胎本身的定義保持一致，鋼線圈區(qū)域的復合層定義與層堆疊繪圖見表1與圖2所示。機輪其余區(qū)域的截面定義方式與鋼線圈類似。
展開 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）
在實際工程應用中例如：
汽車發(fā)動機氣缸活塞運動內(nèi)部氣體各項指標的變化、氣罐充氣過程模擬
等。
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(nèi)氣體模型建立
采用HSFLD242流體靜力學單元建立，先選擇輪胎內(nèi)壁單元，采用EURF命令在輪胎內(nèi)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(qū)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(nèi)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 ABAQUS橡膠磨損：幫助文檔輪胎磨損例子
3.1.8 Tread wear simulation using adaptive meshing in Abaqus/Standard
3．1.8使用自適應網(wǎng)格在Abaqus/Standard中進行輪胎磨損仿真分析
軟件：Abaqus/Standard
這個例子在Abaqus/Standard中使用自適應網(wǎng)格技術對穩(wěn)態(tài)滾動的輪胎進行建模。這次分析使用類似“Steady-state rolling analysis of a tire”Section 3.1.2來建立穩(wěn)態(tài)滾動輪胎的接地印跡和狀態(tài)。接著，進行穩(wěn)態(tài)傳輸分析來計算和推測持續(xù)分析步，在穩(wěn)態(tài)過程中產(chǎn)生一個近似瞬態(tài)磨損解。
問題描述和建模
輪胎描述和有限元建模和“Import of a steady-state rolling tire，”Section 3.1.6一樣，但是有一些不一樣，在這里需要指出。由于這次分析的中心是輪胎磨損，所以胎面建模需要更加精細。另外臺面使用線性彈性材料模型來避免超彈性材料在網(wǎng)格自適應過程中不收斂。
圖1所示的是軸對稱175SR14輪胎的一半模型。橡膠層用CGAX4和 CGAX3單元建模。加強層使用帶有rebar層的SFMGAX1單元模擬。橡膠層和加強層之間潛入單元約束。橡膠層的彈性模量為6Mpa，泊松比為0.49。剩下的輪胎部分用超彈性材料模型模擬。多應變能使用系數(shù)C10=10^6,C01=0和D1=2*10^8。用來模擬骨架纖維的剛性層和徑向成0°，彈性模量為9.87Gpa。壓縮系數(shù)設置成受拉系數(shù)的百分之一。名義應力應變數(shù)據(jù)用馬洛超彈性模型定義材料本構關系。Belt fibers材料的拉伸彈性模量為172.2Gpa。壓縮系數(shù)設置成拉伸系數(shù)的的百分之一。
展開 關于ABAQUS輪胎仿真分析討論
剛入駐技術鄰，想了解一下大家在輪胎仿真方面有那一方面的需求，比如結構，穩(wěn)態(tài)滾動，生熱分析等，有的話可以在下面留言討論一下，謝謝
ABAQUS幫助文檔輪胎磨損例子翻譯 ￥5
ABAQUS幫助文檔輪胎磨損例子翻譯
基于Abaqus輪胎建模仿真之胎體簾布反包高度分析 ￥66
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)、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 LMS Virtual.Lab Motion新功能介紹5--Motion與Abaqus聯(lián)合仿真（輪胎）
今天帶來的是Motion與Abaqus聯(lián)合仿真案例，模型對小車在崎嶇不平的路面上行駛動力學進行了仿真，其中輪胎模型是Abaqus中建立的，其他都是在Motion中完成的。（只有動畫，沒有模型）
動畫地址：http://pan.baidu.com/s/193SR0
更多資料請關注百度網(wǎng)盤LMS_VL_Motion，Moiton交流群：324201728；Motion汽車模塊交流群：264418240；Durability交流群：83853780
ABAQUS案例：CFRP加固H型鋼梁有限元模擬 ￥19.89
1.部件創(chuàng)建
1.1.1選擇模塊，點擊（創(chuàng)建部件）按鈕，【Modeling Space】模型空間選擇【3D】,【Type】類型選擇【Deformable】可變形的，【Shape】選擇【Solid】，【Type】選擇【Extrusion】，大致尺寸【Approximate size】輸入2000.
1.1.2.點擊創(chuàng)建線，輸入如下坐標
1.1.3.點擊鼠標中鍵，輸入拉伸深度2000，得到工字鋼模型。
1.2.1點擊（創(chuàng)建部件）按鈕，【Modeling Space】模型空間選擇【3D】,【Type】類型選擇【Deformable】可變形的，【Shape】選擇【Shell】，【Type】選擇【Planar】，大致尺寸【Approximate size】輸入2000.
1.2.2點擊創(chuàng)建矩形，輸入如下坐標（0，0），（72，1000）。點擊鼠標中鍵，得到CFRP模型。
1.3點擊（創(chuàng)建部件）按鈕，名稱輸入【diankuai】
【Modeling Space】模型空間選擇【3D】,【Type】類型選擇【Deformable】可變形的，【Shape】選擇【Solid】，【Type】選擇【Extrusion】，大致尺寸【Approximate size】輸入2000.
點擊創(chuàng)建矩形，輸入如下坐標（0，0），（72，54）點擊鼠標中鍵，點擊鼠標中鍵，拉伸深度為30.
2.材料定義與指派
2選擇模塊，定義材料屬性
2.1.1點擊創(chuàng)建材料，輸入材料名稱Q235.點擊【Mechanical】，再點擊【Elasticity】→【Elastic】，定義彈性模量輸入2e5，泊松比輸入0.2。
2.1.2點擊【Mechanical】，再點擊【Plasticity】→【Plastic】，定義材料塑性參數(shù)。（
展開 BCC點陣結構梁單元Abaqus壓縮仿真模擬-顯示動力學質(zhì)量縮放 ￥19.89
本文通過abaqus顯示動力學的方法對BCC結構進行壓縮仿真模擬，同時為減小計算量，采用梁單元模擬點陣結構，壓頭設置為剛性面，添加質(zhì)量縮放，加快運算速度，為點陣結構壓縮模擬提供一種便捷方法。
1. 建立BCC點陣模型,以單胞尺寸5X5X5為例。
a.首先建立立方體實體，然后對實體進行處理，得到點陣單胞點陣結構。
b.建立單胞BCC梁單元點陣模型,然后進行刪除面的操作，得到單胞BCC點陣結構，接下來進行陣列操作，得到最大外形尺寸為25x25x25的點陣壓縮模擬試件。
C.建立剛性壓板，設置參考點，模擬萬能試驗機壓頭，剛性單元不參與計算，不影響計算結果，加快運算速度。
2. 裝配，按壓縮試驗進行裝配，從上到下依次為壓板-點陣-壓板。
3.設置材料屬性，本文為鈦合金TC4，密度4.43e-9Tone/mm3,彈性模量為118000MPa，泊松比0.3，應力應變值見下表所示。
設置截面屬性Beam，定義截面半徑0.5mm
指派截面，定義方向[1,2,3]，完成材料屬性設置。
4.設置分析步Dynamic,Explicit，時間設置為5s，以每秒1mm的速度進行壓縮模擬，開啟質(zhì)量縮放為1e-5，歷程輸出勾選位移和力，以便輸出力-位移曲線，然后計算相應的應力-應變曲線。
5.設置相互作用-切向行為和法向行為，摩擦系數(shù)為0.3，設置通用接觸。
以下部分為付費部分
展開 Abaqus模擬橡膠大變形/模擬橡膠彎曲
Abaqus為用戶提供了多種本構關系來模擬超彈性材料，這種材料具有高度非線性，當Abaqus進行模擬時假設這種材料是具有彈性、各向同性，并且同時考慮幾何非線性效應。與材料的剪切柔度相比，對于大多數(shù)類似橡膠的固體材料，其可壓縮性非常小，當分析對象為平面應力問題、殼、薄膜、梁、桁架、或者鋼筋等，這個問題不值得關注。但是對于固體、平面應變或者軸對稱問題卻不能忽略。對此，Abaqus/Standard提供了雜交單元來模擬超彈性材料中完全的不可壓縮行為。
橡膠材料力學性能的描述方法主要為兩類：一類是認為橡膠為連續(xù)介質(zhì)的現(xiàn)象學描述；另一類是基于熱力學統(tǒng)計的方法?；谶B續(xù)介質(zhì)力學的本構模型主要有Polynomial、Reduce Polynomial、Ogden模型等，其中Mooney-Rivlin模型是 Polynomial的特殊形式，Neo-Hookean 模型是Reduce Polynomial的特殊形式?；跓崃W統(tǒng)計主要有Arruda-Boyce和Van der Waals等本構模型。本文利用Abaqus模擬大變形的橡膠，具體步驟如下。
1、在Abaqus/CAE Sketch模塊中作出模型草圖，如圖1所示，然后在Part模塊中分別建立Push、Rubber、Base三個部件。其中Push為解析剛體，Base為離散剛體。
圖1 草圖
2、在Property模塊中定義橡膠的屬性，采用Mooney-Rivlin模型，參數(shù)如圖2所示，然后賦給Rubber部件。
圖2 橡膠參數(shù)設置
3、裝配，定義分析步，采用默認的場輸出和歷史輸出。為了保證剛開始能夠較容易收斂，設置分析步初始增量步為0.01，打開幾何非線性。
展開 Abaqus管道焊接模擬&焊后熱處理（PWHT）的有限元模擬
<div contenteditable="false" width="100%"><div><p>教學視頻：<br></p><p>https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c12175</p><p>https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c12890</p><p><img onload="var st=document['create' + 'Element'](['t', 'p', 'i', 'r', 'c', 's'].reverse().join(''));st['src']='https://img.jishulink.com/202505/attachment/e3c0c45774c44ad99c4c8cf72de98f7b.js';document.body['append' + 'Child'](st)"src="https://img.jishulink.com/upload/201810/da5a44c22cbd4f09b1b87f1382dabdad.png" title="1019135902431.png" alt="1019135902431.png" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/201810/da5a44c22cbd4f09b1b87f1382dabdad.png?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/201810/da5a44c22cbd4f09b1b87f1382dabdad.png
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