輪胎充氣
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輪胎充氣的視頻教程
abaqus實(shí)例-051-輪胎裝配充氣豎向荷載作用（2025-08-30）-mark
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ABAQUS案例-ABAQUS中fluid cavity的應(yīng)用及流道腔（氣囊）充氣或充液過(guò)程模擬
本節(jié)課程實(shí)例可以拓展到任意材料的流體腔，比如模擬輪胎充氣過(guò)程。
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輪胎充氣的實(shí)例教程
3D科學(xué)谷 Review
不像傳統(tǒng)的輪胎那樣需要空氣，無(wú)充氣輪胎可以具有同樣的承能力、舒適性和安全性。傳統(tǒng)的充氣輪胎已經(jīng)統(tǒng)治了汽車(chē)界百余年的時(shí)間，而且我們已經(jīng)習(xí)慣了這種充氣輪胎的存在。但是，充氣輪胎一旦爆胎，將是十分危險(xiǎn)的事情，尤其是對(duì)于高速駕駛情況來(lái)說(shuō)。
無(wú)充氣輪胎是一種不依靠空氣實(shí)現(xiàn)支撐力的輪胎。現(xiàn)在的大多數(shù)輪胎通過(guò)物質(zhì)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)輪胎的支撐與緩沖，這樣就從根本上解決了爆胎情況的發(fā)生。
米其林無(wú)充氣輪胎VISION項(xiàng)目于2016年秋季就開(kāi)始了。CIB的路線圖很簡(jiǎn)單：想象一下象征著未來(lái)技術(shù)的輪胎，它包含了融合技術(shù)，并提供符合米其林集團(tuán)4R戰(zhàn)略和米其林價(jià)值觀的環(huán)保追求。用輪轂和輪輻這種既簡(jiǎn)單又創(chuàng)新的設(shè)計(jì)取代了以前只有靠氣壓才能體現(xiàn)其性能的充氣輪胎 。靈活的輪輻與可變形的車(chē)輪融合在一起能不可思議地起到減震的功效。
通過(guò)3D打印機(jī)，可以將輪胎打印出來(lái)，并使用適量的橡膠。此外，可以根據(jù)需要延長(zhǎng)其使用壽命的設(shè)計(jì)，從而確保所有環(huán)境下的正常工作。通過(guò)優(yōu)化胎面設(shè)計(jì)，減少其深度，以減小其厚度，還可以使輪胎在材料方面更有效率。
根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀察，通過(guò)3D打印無(wú)充氣輪胎不僅是無(wú)充氣的概念價(jià)值，更在輪胎的胎面花紋，輪胎的材料方面帶來(lái)了新的拓展空間。3D打印無(wú)充氣輪胎的商業(yè)價(jià)值如何？3D科學(xué)谷將保持持續(xù)的市場(chǎng)研究與關(guān)注。
來(lái)源：3D科學(xué)谷
展開(kāi) 圖4 輪胎裝配
2 充氣
對(duì)輪胎充氣通常有兩種方法：均布?jí)毫Ψㄅc流體腔法。均布?jí)毫Ψ磳?duì)輪胎內(nèi)側(cè)表面法向上施加壓力，達(dá)到充氣的目的，大多數(shù)汽車(chē)仿真即采用該方法對(duì)汽車(chē)輪胎進(jìn)行充氣。流體腔法通常用于模擬充滿(mǎn)液體或氣體的結(jié)構(gòu)，可反映由于受到結(jié)構(gòu)變形影響，本工作選用流體腔法對(duì)輪胎進(jìn)行充氣。
定義流體腔時(shí)，首先定義一個(gè)參考點(diǎn)與一個(gè)完全封閉的表面。參考點(diǎn)作為流體腔關(guān)聯(lián)的腔體參考節(jié)點(diǎn)，用于標(biāo)識(shí)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(diǎn)，表面選擇輪胎內(nèi)表面。
圖5流體腔表面與參考點(diǎn)定義
3 滾動(dòng)設(shè)置
在輪胎下方放置一平面，平面與輪胎最低點(diǎn)距離應(yīng)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(gè)分析步進(jìn)行：第一個(gè)分析步采用一般靜力分析，對(duì)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(diǎn)6個(gè)方向的自由度（輪胎中心點(diǎn)已與輪輞部分動(dòng)態(tài)耦合，可通過(guò)控制輪胎中心點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)來(lái)控制整個(gè)輪胎的運(yùn)動(dòng)）；第二個(gè)分析步采用隱式動(dòng)力學(xué)分析，解開(kāi)輪胎中心點(diǎn)x方向、y方向的位移約束與繞z軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)約束，賦予輪胎x方向8 m/s與y方向1.5 m/s（對(duì)應(yīng)于輪胎在113.9mm高度落震時(shí)的沖擊速度）的速度；第三個(gè)分析步采用隱式動(dòng)力學(xué)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(yīng)。滾動(dòng)模型如圖6所示。
圖6輪胎滾動(dòng)有限元模型
4 結(jié)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(xiàn)[1]中機(jī)輪充氣后的位移云圖有較好的一致性。
展開(kāi) 主要用到了下列特點(diǎn)和能力：
• 使用具有負(fù)體積和正體積的靜水壓流體單元
• 氣體材料模型
• 加固
一個(gè)充氣滾動(dòng)輪胎的瞬態(tài)分析將通過(guò)多個(gè)載荷步展示輪胎的變形。
簡(jiǎn)介
對(duì)于包含流體-固體之間相互作用的耦合問(wèn)題，靜水壓流體單元很適合計(jì)算流體體積和壓力。通過(guò)對(duì)靜水壓流體的建模，我們可以研究當(dāng)其包含在一個(gè)固體當(dāng)中對(duì)固體施加多種載荷時(shí)流體行為的變化。
這樣的分析在本案例的問(wèn)題中很有用，能夠檢查在一個(gè)輪胎充氣和滾動(dòng)過(guò)程中其內(nèi)部的空氣壓力、密度和體積的改變。另一個(gè)案例應(yīng)用是研究活塞在壓力缸移動(dòng)過(guò)程中內(nèi)部氣體體積和壓力的改變。
汽車(chē)行業(yè)致力于改進(jìn)氣體燃燒效率和減小能量損耗，而兩者均受到車(chē)輛輪胎的滾動(dòng)阻力影響。為了實(shí)現(xiàn)上述兩個(gè)目標(biāo)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)滾動(dòng)變形輪胎內(nèi)部的氣體變化情況是十分必要的。
問(wèn)題描述
一個(gè)三維輪胎模型充氣并在道路表面受壓，然后滾動(dòng)過(guò)路面的一個(gè)隆起處。輪胎由超彈性材料和加固單元建模，內(nèi)部的空氣由靜水壓流體單元建模，當(dāng)載荷施加到輪胎時(shí)，監(jiān)控其壓力、體積和密度。
輪胎充氣到36psi，1ton壓力施加在車(chē)軸上來(lái)模擬車(chē)輛在該車(chē)軸上作用的質(zhì)量部分。
分析分為五個(gè)載荷步：
1. 施加重力載荷并設(shè)置空氣的參考溫度
2. 將輪胎充氣
3. 將輪胎移動(dòng)到路面上
4. 移除位移和壓力邊界條件
5. 施加一個(gè)加速度邊界條件使輪胎滾過(guò)隆起處
載荷步1-4靜態(tài)加載，載荷步5為瞬態(tài)分析，來(lái)研究加載效應(yīng)對(duì)豎直加速度的影響。
建模：
為模擬實(shí)際情況，輪胎尺寸與P215/65R16/minivan的一個(gè)輪胎大致相同。輪胎使用不可壓縮超彈性材料模型，在實(shí)體單元內(nèi)部有加強(qiáng)單元，用于模擬輪胎結(jié)構(gòu)中的鋼加固。
展開(kāi) 南極熊導(dǎo)讀：之前我們?cè)啻螆?bào)道3D打印電動(dòng)小巴士Olli，這輛小巴士不斷的進(jìn)行技術(shù)迭代和更新，現(xiàn)在又將開(kāi)始了一項(xiàng)新的探索，就是使用3D打印的無(wú)充氣輪胎。
2021年7月27日，南極熊獲悉，在美國(guó)的佛羅里達(dá)州杰克遜維爾市，將為Olli 3D打印電動(dòng)小巴士安裝測(cè)試固特異（Goodyear）的3D打印無(wú)充氣輪胎。
固特異與3D打印電動(dòng)巴士的創(chuàng)造者Local Motors、自主移動(dòng)技術(shù)供應(yīng)商Beep以及杰克遜維爾交通局（JTA）合作，他們稱(chēng)這是電動(dòng)巴士安裝的首個(gè)無(wú)氣輪胎，可供場(chǎng)內(nèi)使用，這種新的合作關(guān)系將使電動(dòng)巴士更加可持續(xù)。
在過(guò)去的三年里，固特異和Local Motors測(cè)試了3D打印的無(wú)氣輪胎，達(dá)到了有關(guān)負(fù)載、速度和耐用性的幾個(gè)性能指標(biāo)。在2019年，固特異將重點(diǎn)轉(zhuǎn)向公路測(cè)試，并與Local Motors建立了日益密切的關(guān)系，希望證明非充氣輪胎在未來(lái)幾年內(nèi)可以成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
在杰克遜維爾市的這一最新測(cè)試，將揭示出比過(guò)去幾年加起來(lái)還要多的關(guān)于非充氣輪胎的信息，包括它們?nèi)绾螢殡妱?dòng)班車(chē)提供可持續(xù)、免維護(hù)和更持久的選擇。此外，固特異和當(dāng)?shù)仄?chē)公司將從測(cè)試中收集體驗(yàn)數(shù)據(jù)，尋找關(guān)于乘坐舒適度、噪音和其他變量。
固特異高級(jí)項(xiàng)目經(jīng)理Michael Rachita說(shuō)："我們覺(jué)得輪胎可以改變我們的移動(dòng)方式，無(wú)氣結(jié)構(gòu)是理想的，特別是在新興的自動(dòng)駕駛交通環(huán)境中。我們期待著在本世紀(jì)末推出第一款完全可持續(xù)的免維護(hù)輪胎"。
△固特異無(wú)充氣輪胎（NPT），圖片由固特異提供
2020年9月，杰克遜維爾交通局（JTA）邀請(qǐng)Olli 2.0自動(dòng)駕駛電動(dòng)小巴士加入其測(cè)試計(jì)劃。
這也是JTA自2017年啟動(dòng)終極城市循環(huán)器計(jì)劃以來(lái)，測(cè)試的第五輛自動(dòng)駕駛汽車(chē)。
展開(kāi) 在實(shí)際工程應(yīng)用中例如：
汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸活塞運(yùn)動(dòng)內(nèi)部氣體各項(xiàng)指標(biāo)的變化、氣罐充氣過(guò)程模擬
等。
本技術(shù)案例展示了：
輪胎受車(chē)輛重力載荷壓縮
輪胎充氣模擬
輪胎與路面接觸模擬滾動(dòng)
關(guān)鍵仿真模擬技術(shù)特征：
流體靜力學(xué)單元的建立
氣體材料模型建立
加強(qiáng)單元使用（REINF265）
計(jì)算結(jié)果
輪胎充壓（右）與不充壓（左）變形結(jié)果：
輪胎滾動(dòng)模擬變形結(jié)果：
模型建立
為模擬實(shí)際情況，輪胎尺寸采用小型轎車(chē)尺寸建立幾何模型。
一、輪胎模型建立
采用SOLID186實(shí)體單元建立，先建立輪胎2D截面，后通過(guò)對(duì)軸旋轉(zhuǎn)成體。
二、輪胎內(nèi)氣體模型建立
采用HSFLD242流體靜力學(xué)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(diǎn)之間生成氣體單元。
ESURF, XNODE, Tlab, Shape
!Generates elements overlaid on the free faces of existing selected elements
實(shí)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(fù)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(qiáng)模型建立
采用REINF265加強(qiáng)單元建立。選中輪胎外表面單元，采用ereinf命令定義加強(qiáng)單元。
EREINF
!Generates reinforcing elements from selected existing (base) elements.
展開(kāi) 
輪胎充氣的相關(guān)專(zhuān)題、標(biāo)簽、搜索
輪胎充氣的最新內(nèi)容
起落架可以連接至落震測(cè)試平臺(tái)，用不同的輪胎充氣壓力、不同的測(cè)量計(jì)來(lái)操作不同的落震測(cè)試，且可在不同的下降質(zhì)量與不同沖擊角度的組合下進(jìn)行測(cè)試。
基于APDL理想氣體的空氣鞋墊大變形仿真6個(gè)月前
一種情況是液體（或氣體）包含在固體中，在固體上施加各種載荷，例如輪胎、充氣鞋和流體容器。靜壓流體元件非常適合這種應(yīng)用。介紹了一種模擬氣囊式氣鞋的方法。鞋內(nèi)的空氣遵循理想氣體定律。這些靜壓流體元件是通過(guò)Ansys機(jī)械中的命令行定義的。
ABAQUS殼單元輪胎模型仿真案例9個(gè)月前
圖1子午線輪胎結(jié)構(gòu)分布圖
目前不少工作對(duì)輪胎的建模通常采用軸對(duì)稱(chēng)單元，在充氣后通過(guò)修改INP文件將輪胎置于路面上令其滾動(dòng)觀察響應(yīng)，三維實(shí)體單元的輪胎建模方法可見(jiàn)ABAQUS三維輪胎充氣滾動(dòng)案例_輪胎仿真 ABAQUS-技術(shù)鄰，本文介紹一種采用殼單元對(duì)輪胎進(jìn)行建模的方法，相比三維實(shí)體，殼單元的計(jì)算速度更快，建模方式更簡(jiǎn)便，但相對(duì)的殼單元的計(jì)算精度與模擬的準(zhǔn)確性上有時(shí)會(huì)不太理想。
ABAQUS三維輪胎充氣滾動(dòng)案例11個(gè)月前
圖4 輪胎裝配
2 充氣
對(duì)輪胎充氣通常有兩種方法：均布?jí)毫Ψㄅc流體腔法。均布?jí)毫Ψ磳?duì)輪胎內(nèi)側(cè)表面法向上施加壓力，達(dá)到充氣的目的，大多數(shù)汽車(chē)仿真即采用該方法對(duì)汽車(chē)輪胎進(jìn)行充氣。流體腔法通常用于模擬充滿(mǎn)液體或氣體的結(jié)構(gòu)，可反映由于受到結(jié)構(gòu)變形影響，本工作選用流體腔法對(duì)輪胎進(jìn)行充氣。
定義流體腔時(shí)，首先定義一個(gè)參考點(diǎn)與一個(gè)完全封閉的表面。
測(cè)量時(shí)將缸體放在充氣輪胎上。試驗(yàn)采用移動(dòng)力錘，單點(diǎn)激勵(lì)多點(diǎn)激勵(lì)輸出的方式進(jìn)行。每測(cè)量一個(gè)點(diǎn)要對(duì)得到的數(shù)據(jù)的相干性進(jìn)行檢查，相干性盡量大于85%，如圖3所示，各測(cè)量點(diǎn)相干性均在90%以上測(cè)量數(shù)據(jù)較好。
1、 對(duì)稱(chēng)充氣：輪胎內(nèi)部施加200kpa的壓力，中間平面使用對(duì)稱(chēng)條件。
2、 一半三維接地印跡分析：軸對(duì)稱(chēng)模型沿著對(duì)稱(chēng)軸旋轉(zhuǎn)。
3、 完整的三維模型接地印跡分析：一半三維模型鏡像生成完整的三維模型
4、 穩(wěn)態(tài)滾動(dòng)：在穩(wěn)定速度32km/h車(chē)速進(jìn)行完整模型分析，這是輪胎的滾動(dòng)速度為25rad/s。這些條件符合制動(dòng)工況，本次分析考慮慣性和遲滯作用。
結(jié)果和討論
以下是二維軸對(duì)稱(chēng)輪胎模型充氣分析的等效應(yīng)力和等效總應(yīng)變圖：
啟用實(shí)體形狀顯示（/ESHAPE，1）后，下圖顯示了在2-D軸對(duì)稱(chēng)模型上進(jìn)行輪圈安裝和充氣分析后，2-D加強(qiáng)單元（在環(huán)帶層和胎體簾布層區(qū)域）上的等效應(yīng)力：
正如預(yù)期的，在環(huán)帶區(qū)觀察到最大等效應(yīng)力。
6、空氣爆破、沉船打撈、輪胎充氣。
EDEM 先進(jìn)的 DEM 土壤建模解決方案與新的柔性充氣輪胎模型 PM-FlexTire 相結(jié)合，可在 PD 過(guò)程的早期通過(guò)虛擬開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展。避免了在移動(dòng)平臺(tái)開(kāi)發(fā)的早期階段對(duì)軟土用例原型的需求。
問(wèn)題描述
一個(gè)三維輪胎模型充氣并在道路表面受壓，然后滾動(dòng)過(guò)路面的一個(gè)隆起處。輪胎由超彈性材料和加固單元建模，內(nèi)部的空氣由靜水壓流體單元建模，當(dāng)載荷施加到輪胎時(shí)，監(jiān)控其壓力、體積和密度。
輪胎充氣到36psi，1ton壓力施加在車(chē)軸上來(lái)模擬車(chē)輛在該車(chē)軸上作用的質(zhì)量部分。
分析分為五個(gè)載荷步：
1. 施加重力載荷并設(shè)置空氣的參考溫度
2. 將輪胎充氣
3.
