輪胎滾動阻力的案例
輪胎滾動阻力試驗臺
六自由度輪胎耦合汽車道路模擬試驗臺(輪胎試驗),
輪胎滾動阻力試驗臺,
發動機扭矩脈動（模擬）試驗系統,
變速箱(MT,AMT,AT,CVT)試驗臺,
同步器試驗臺,
轉向管柱試驗臺,
制動器試驗臺,
轉向系統試驗臺,
液壓和電的減震器試驗臺,
彈性（橡膠）元件試驗臺,
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懸架參數(K&C)試驗臺,
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汽車碰撞減速臺車,
整車太陽模擬高低溫倉,
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汽車電池試驗用環境倉,
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發動機模擬試驗臺.......
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展開 案例24-充氣滾動輪胎的靜水壓流體分析
主要用到了下列特點和能力：
• 使用具有負體積和正體積的靜水壓流體單元
• 氣體材料模型
• 加固
一個充氣滾動輪胎的瞬態分析將通過多個載荷步展示輪胎的變形。
簡介
對于包含流體-固體之間相互作用的耦合問題，靜水壓流體單元很適合計算流體體積和壓力。通過對靜水壓流體的建模，我們可以研究當其包含在一個固體當中對固體施加多種載荷時流體行為的變化。
這樣的分析在本案例的問題中很有用，能夠檢查在一個輪胎充氣和滾動過程中其內部的空氣壓力、密度和體積的改變。另一個案例應用是研究活塞在壓力缸移動過程中內部氣體體積和壓力的改變。
汽車行業致力于改進氣體燃燒效率和減小能量損耗，而兩者均受到車輛輪胎的滾動阻力影響。為了實現上述兩個目標，準確預測滾動變形輪胎內部的氣體變化情況是十分必要的。
問題描述
一個三維輪胎模型充氣并在道路表面受壓，然后滾動過路面的一個隆起處。輪胎由超彈性材料和加固單元建模，內部的空氣由靜水壓流體單元建模，當載荷施加到輪胎時，監控其壓力、體積和密度。
輪胎充氣到36psi，1ton壓力施加在車軸上來模擬車輛在該車軸上作用的質量部分。
分析分為五個載荷步：
1. 施加重力載荷并設置空氣的參考溫度
2. 將輪胎充氣
3. 將輪胎移動到路面上
4. 移除位移和壓力邊界條件
5. 施加一個加速度邊界條件使輪胎滾過隆起處
載荷步1-4靜態加載，載荷步5為瞬態分析，來研究加載效應對豎直加速度的影響。
建模：
為模擬實際情況，輪胎尺寸與P215/65R16/minivan的一個輪胎大致相同。輪胎使用不可壓縮超彈性材料模型，在實體單元內部有加強單元，用于模擬輪胎結構中的鋼加固。
展開 淺談穩態滾動輪胎仿真穩態滾動狀態角速度的調整
輪胎的穩態滾動仿真基于歐拉-拉格朗日變換法進行，仿真時將輪胎的滾動看作是穿過網格的材料流動運動。仿真條件：標準充氣壓力為0.93MPa，標準負荷為3730kg，聲腔采用自適應網格劃分，輪胎滾動線速度為60Km/h,關鍵字采用*STEADY STATE TRANSPORT，不考慮粘塑性影響并將慣性打開。
*STEP,INC=500,NLGEOM=YES,UNSYMM=YES
4: roll_tire at 60km/h
*STEADY STATE TRANSPORT,LONG TERM,INERTIA=YES
0.5, 1.0, 1E-6, 1.0
在進行穩態滾動分析時，當輪胎穩態滾動時, 輪胎輪心的力矩M應該為0。較小的角速度將使輪胎制動，而較大的角速度則使輪胎驅動。故需不斷調整ω值,使最終繞Y向的力矩M（RM2）在[-10,10]之內，此時為穩態滾動。
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側表面法向上施加壓力，達到充氣的目的，大多數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的腔體參考節點，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 
滾動輪胎模態仿真 ￥10
滾動輪胎模態仿真實際上是在輪荷加載的基礎之上的重啟動分析。輪胎在穩態滾動過程中,會受到預加載荷、慣性力以及輪胎和地面的摩擦力的影響,這些力會對整個系統的剛度矩陣和阻尼矩陣產生影響,導致非對稱性。故不能采用常規方法對動力學方程進行解耦,必須用復模態來解耦,所以滾動輪胎的模態仿真其實是復模態的的提取。
在abaqus的穩態滾動中,輪胎實際上是不滾動的,只是內部材料的流動（歐拉-拉格朗日法）。在提取復模態之前,必須保證輪胎滾動的轉速和線速度相匹配，故需先進行roll tire仿真調試：
roll tire計算中，先給定輪胎線速度、轉動角速度然后提取輪胎輪心的力矩M,當輪胎穩態滾動的時候, 輪胎輪心的力矩M應該為0。在實際操作中,需要不斷的調節定義的ω值,使最終繞Y向的力矩M在[-10,10]之內。
進行roll tire計算時，首先進行step1二維輪胎充氣仿真計算，然后進行step2rev旋轉3D輪胎生成及輪荷加載計算，在此基礎上進行Free roll計算Inp文件的編寫，進行計算，查看輪胎輪心的力矩M判斷輪胎是否處于穩態滾動狀態。下圖為step1.inp以及step2rev.inp運行結果圖：
展開 基于workbench的輪胎滾動 ￥19.89
輪胎滾動模擬是查看橡膠在不同路面上的彈性情況，不同的橡膠材料和花紋材料對應不同的彈性效果，但是需要考慮的是輪胎滾動的輸入方法，
本實例模擬了一個圓環的滾動效果，材料采用橡膠材料在剛性體上的滾動
結果可以看到有個凸起的時候，其應力值會變大
通過該實例可以獲取滾動邊界條件的設置方法，類似的滾動如何在workbench中設置
下載附件后查看源文件
輪胎滾動下的溫度場求解
你好，想請問一下用abaqus子程序將生熱率賦值給模型上的各個單元，（計算出了各個單元的生熱率，每個單元生熱率都不一樣），我編寫了一下子程序，但是好像有點問題，能麻煩幫我看看嗎，謝謝
SUBROUTINE UEXTERNALDB(LOP,LRESTART,TIME,DTIME,KSTEP,KINC)
C
INCLUDE 'ABA_PARAM.INC'
C
DIMENSION TIME(2)
C
common/txt_data/ heat(2088),kele(2088),i
if(lop.eq.0) then !表示分析開始時正在調用用戶子程序
open(106,file='D:\temp\A-usersubroutine\heat_jjx\heat.txt')
do i=1,2088
read(106,*)a,b
kele(i)=a
heat(i)=b
end do
close(106)
open(107,file='D:\temp\A-usersubroutine\heat_jjx\heat_UEX.txt')
write(107,*)(heat(i),i=1,2088)
close(107)
end if
RETURN
END
C
SUBROUTINE SDVINI(STATEV,COORDS,NSTATV,NCRDS
展開 穩態滾動輪胎頻響分析 ￥10
上一節講述了基于模態法的自由輪胎和載荷輪胎的頻響分析，其在胎面149點的頻響曲線分別如下：
今天主要講述穩態滾動輪胎的頻響分析，與自由輪胎和載荷輪胎不同，輪胎在穩態滾動狀態下，整個系統的剛度矩陣和阻尼矩陣為不對稱的，采用基于模態法的頻響分析并不能完全表現其模態特性，故穩態滾動輪胎的頻響分析一般采用直接法。采用直接法雖然會使計算時間大大增加犧牲了計算效率，但是得到的頻響結果更符合傳遞特性。
直接法的頻響分析是在step3roll_tire.inp的計算結果基礎上進行重啟動分析；
如果想基于模態法，則在step4rolltire_mode.inp的計算結果進行重啟動分析即可。
本節主要講述直接法的穩態滾動輪胎頻響分析。
展開 Marc模擬汽車輪胎穩態滾動的方法
定義輪胎穩態滾動的菜單
在Job中可以定義輪胎的滾動軸（Axis Of Rotation）和回轉軸（Axis Of Cornering），具體如下圖所示：
定義輪胎穩態滾動中心和滾動軸的菜單
在上述工況下，模擬輪胎的穩態滾動狀態下輪胎不同轉速下的法向力分布、摩擦力等。如下圖所示：
輪胎在路面上的滾動阻力隨著滾動速度變化曲線
滾動前輪胎與路面間的footprint
滾動前輪胎與路面間的摩擦力
滾動速度為15.2是輪胎與路面間的摩擦力
4 參考信息
模型文件：e8x67a.dat、e8x67b.dat、e8x67c.dat
已經安裝Marc2013的用戶，可以在Marc的安裝路徑以下位置找到相關文件：
X:\MSC.Software\Marc\2013.0.0\marc2013\demo\
適用版本：Marc 2011及以后版本的全新界面,Marc 2010及之前版本也可以實現上述功能，但采用的為經典界面，具體操作步驟和菜單的位置有所不同，感興趣的用戶可以參考相應版本Marc用戶手冊中的例子chapter 3.24的介紹。
展開 輪胎-地面滾動摩擦接觸有限元分析
工程背景
作為汽車的重要部件之一, 輪胎的接地問題對汽車性能有著重要的影響。接地區承擔著各種駕駛行為(加速、拐彎、剎車等)各種路面條件(干、濕、冰等)下輪胎與地面之間的載荷轉換, 因此輪胎的接地問題便成為輪胎研究工作的一個重點。由于充氣輪胎是由簾線、橡膠、鋼絲圈等組成的復雜結構體, 正常工作狀態下受力復雜, 其結構分析涉及到材料非線性、幾何非線性及輪胎與地面的接觸非線性等復雜問題, 使得對輪胎的各種力學性能的精確分析都非常困難。
1、問題描述
地面假設為剛性面，材料為結構鋼，輪胎的材料模型使用2參數M-R模型，密度為2500，C10=10MPa，C01=2.5E8Pa，D1=1E-5。輪胎和地面的摩擦系數為0.35，輪胎內部承受恒定壓力0.1MPa，并且承受3000N的載荷。輪胎從0-3s，由0RPM加速到68RPM。輪胎的厚度為0.006m。
2、技術路線
3、關鍵步驟
來源：CAE技術聯盟
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）
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 
純電動汽車的性能指標
動力性指標的計算
（1）電動汽車最高車速的計算
電動機發出的功率全部消耗于車輛阻力。
若電動機的額定功率為Pe(單位為kW)，則汽車的功率平衡方程為
式中
Pf—克服滾動阻力所需功率(kW );
Pw—克服空氣阻力所需功率(kW);
ηT—傳動系統機械效率。
根據電動機功率曲線與負載功率曲線的交點，就可以求出最高車速。~(單位為km/h)。
通常在選用較大功率的牽引電動機或大傳動比的某些設計中，并不存在這樣的交點。此時，最高車速由電動機的最高轉速nmax (單位為r/min )決定。
式中 r一車輪半徑( m);
itmin—傳動系統最小傳動比。
2）電動汽車的爬坡能力
計算電動汽車的爬坡能力是指車輛在良好的路面上克服滾動阻力和空氣阻力之后，其后備功率在穩定車速條件下全部用來爬坡時所能爬上的最大坡度。
汽車行駛方程為
Ft=Ff+Fi+FW
式中
Ft—汽車驅動力(N）；
Ff—滾動阻力(N)；
Fi—坡道阻力(N)；
Fw—空氣阻力(N)。
根據汽車行駛方程可計算出最大坡度角α為:
在低速時，爬坡能力要大得多，基于上式的計算結果將產生顯著偏差，而應按下式計算:
為汽車的動力因數。
展開 汽車輕量化材料進程路線及CNF材料技術發展
還有研究表明，添加CNF能增加橡膠的耐久性，顯著降低輪胎的滾動阻力。美國博拉炭黑公司日前與生物科技企業美國過程公司(API)簽訂合作開發協議，進一步研究將炭黑與納米纖維素相并用，以提高輪胎性能及可持續性的技術和商業潛力。博拉炭黑在2017年3月2日的聲明中稱，初步評估表明，兩家公司的產品即“Birla Carbon”牌炭黑和“BioPlus”牌納米纖維素的協同作用可顯著降低輪胎的滾動阻力。此舉是博拉炭黑著力提升低滾動阻力胎面材料技術的可持續發展戰略的一部分。
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展開 汽車風阻系數的水很深，一篇文章幫你理性吃瓜
大學時候我們又學了一個概念，叫“壓差阻力”。即前方空氣受到擠壓形成高壓區，而后方由于氣流分離形成低壓區，前后壓力差產生的阻力。
因此定性地說：物體受到的總空氣阻力等于摩擦阻力+壓差阻力。速度越快，壓差阻力越明顯。
而定量地計算，總空氣阻力為：
嘿，你關心的“風阻系數”就出現了，就是上圖中的Cd，阻力系數。
有的資料還叫它“空氣阻力系數”、“氣動阻力系數”、“空氣動力學阻力系數”或者“形阻系數”。別迷糊，只是孫悟空和孫行者的區別。
二、風阻系數影響什么
主要是能耗。
航空屆歷來非常關注風阻系數，畢竟飛機在天上受到的阻力就只有空氣阻力。對更小阻力更大升力飛機的不懈追求，也極大促進了計算流體力學CFD的工程化應用。
但飛機畢竟太高，汽車才是普通人的好朋友。
低速行駛時，汽車受到的阻力主要是地面給輪胎的滾動阻力。但速度超過80km/h后，風阻占比就會超過一半。時速到120km，風阻占比甚至可達80%。
可以這么說：你跑高速時，斥巨資加的油充的電，基本都被風吹走了。
對新能源汽車來說，風阻系數每降低0.01，續航里程就能提升將近10km。
除了能耗，還有駕駛體驗。比如噪音，風噪通常和風阻成正相關。風阻太大，說話只能靠吼。
再比如加速性能，阻力大，汽車加速度自然減小，推背感瞬間減弱。
總之，減小風阻能讓汽車省錢又舒適，還不需要增加任何零件，性價比可謂頂天高。車企也都會成立空氣動力學優化團隊，猛攻風阻系數。
三、什么影響風阻系數
很復雜。
車身后視鏡、門把手、車頂天線、雨刷器等伸出物都會增大風阻，但完全去掉又不現實。
流線型車身能推遲氣流分離，降低壓差阻力。高端轎車以及跑車普遍呈流線型，漂亮吧？都是錢砸出來的。
展開 什么是風阻系數？
風阻系數Cd是衡量一輛汽車受空氣阻力影響大小的一個標準。風阻系數越小，說明它受空氣阻力影響越小，反之亦然，因此說風阻系數越小越好。一般來講，流線性越強的汽車，其風阻系數越小。
另一個數據則是風阻系數和油耗的關系，對于傳統能源汽車來說，目前國際上認可度較高的說法是風阻系數每降低10%，油耗能夠下降3%；而對于新能源汽車來說，風阻系數降低0.02，行駛里程就可以增加3km；所以汽車造型近百年的發展，也就是在為了降低一個又一個0.01Cd而努力。這其中三個值得紀念的車型分別是以下三款：
1.1982年第三代AUDI 100：第一臺風阻系數達到0.3的量產車
2.1999年PASSAT B5：首款強調風阻系數重要性的國產轎車，風阻系數僅為0.28
3.2016年BMW NEXT 100 Conecpt：截止到目前為止全球最佳氣動性能車，風阻系數為0.18
車輛在行駛時，還要克服的阻力有機件損耗阻力、輪胎產生的滾動阻力(一般也稱做路阻)。 隨著車輛行駛速度的增加，空氣阻力也逐漸成為最主要的行車阻力，在時速200km/h以上時，空氣阻力幾乎占所有行車阻力的85%。
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