充氣的案例
看國內在無充氣輪胎的3D打印方面的探索
3D科學谷 Review
不像傳統的輪胎那樣需要空氣，無充氣輪胎可以具有同樣的承能力、舒適性和安全性。傳統的充氣輪胎已經統治了汽車界百余年的時間，而且我們已經習慣了這種充氣輪胎的存在。但是，充氣輪胎一旦爆胎，將是十分危險的事情，尤其是對于高速駕駛情況來說。
無充氣輪胎是一種不依靠空氣實現支撐力的輪胎。現在的大多數輪胎通過物質結構來實現輪胎的支撐與緩沖，這樣就從根本上解決了爆胎情況的發生。
米其林無充氣輪胎VISION項目于2016年秋季就開始了。CIB的路線圖很簡單：想象一下象征著未來技術的輪胎，它包含了融合技術，并提供符合米其林集團4R戰略和米其林價值觀的環保追求。用輪轂和輪輻這種既簡單又創新的設計取代了以前只有靠氣壓才能體現其性能的充氣輪胎 。靈活的輪輻與可變形的車輪融合在一起能不可思議地起到減震的功效。
通過3D打印機，可以將輪胎打印出來，并使用適量的橡膠。此外，可以根據需要延長其使用壽命的設計，從而確保所有環境下的正常工作。通過優化胎面設計，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3D科學谷的市場觀察，通過3D打印無充氣輪胎不僅是無充氣的概念價值，更在輪胎的胎面花紋，輪胎的材料方面帶來了新的拓展空間。3D打印無充氣輪胎的商業價值如何？3D科學谷將保持持續的市場研究與關注。
來源：3D科學谷
展開 ABAQUS三維輪胎充氣滾動案例
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 意大利速成版“火神山”-Abaqus充氣帳篷模擬 ￥99.99
01-意大利“火神山”與膜結構建筑
“4個小時搭建700平米帳篷，意大利‘火神山’醫院長這樣”......這幾天意大利的新增病例暴增，醫院床位告急，政府搭建的充氣帳篷版“火神山”醫院火了，惹得中國網友們又心疼又想笑。
圖片來源：IL TEMPO
充氣帳篷屬于膜結構建筑，材質多為PTFE、PVDF等膜材，通常采用骨架支撐、索拉張力或充氣等方式來提高膜結構的承載能力，在一些體育場館、車站棚頂、觀景臺棚頂等公共場所經常可以看到這種東西。
充氣膜結構建筑施工快捷、拆除方便，這次出現在意大利應對疫情的戰場，雖然功能性不及中國“火神山”醫院，但從快速響應的角度來說，意政府采用這種膜結構建筑也算是明智之舉吧。
之前給客戶算過一些膜結構的工程，這期文章借此話題談談Abaqus中氣囊（膜）的幾種充氣模擬實現方法。
02-Abaqus充氣帳篷模擬
充氣帳篷施工時，將帳篷從包中取出鋪在地上，用氣泵往帳篷內部加壓，一般幾十秒到數十分鐘即可完成展開，展開時間取決于帳篷的尺寸和氣泵功率，使用Abaqus可以完成帳篷的充氣過程模擬。
帳篷充氣
在此類問題中，對于展開接觸中出現氣囊接觸粘結的情況，技術上一般可以通過修改inp文件添加FOLD TRACKING等接觸控制選項來改善。
氣囊展開接觸控制
03-Abaqus中常用的氣囊充氣模擬方法
Abaqus中有3種最常用的氣囊充氣展開過程模擬方法，分別是UPM、CEL、LKM。
展開 【流固耦合】降落傘充氣過程流固耦合分析
計算結果展示如下：
圖3 不同時刻降落傘充氣狀態（0s；0.3s；0.6s；1s）
降落傘充氣展開視角1
降落傘充氣展開視角2
文章內容轉自“云數仿真”微信公眾號
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談談蓄能器充氣壓力（轉自液壓技術）
03
充氣壓力太高太低都不行
如果充氣壓力太低，那么當系統開始工作以后，氣囊將直接被液壓油擠成了一小團，這樣的蓄能器起不到任何作用；而如果充氣壓力過高，氣囊將會擠壓啟閉閥，此時啟閉閥芯的銳邊很有可能會切割氣囊。
04
氣囊式蓄能器的工作過程
這是一張氣囊蓄能器充放氣過程的動圖，是不是有點像心臟的跳動呢！
談談蓄能器充氣壓力（轉自液壓技術）
03
充氣壓力太高太低都不行
如果充氣壓力太低，那么當系統開始工作以后，氣囊將直接被液壓油擠成了一小團，這樣的蓄能器起不到任何作用；而如果充氣壓力過高，氣囊將會擠壓啟閉閥，此時啟閉閥芯的銳邊很有可能會切割氣囊。
04
氣囊式蓄能器的工作過程
這是一張氣囊蓄能器充放氣過程的動圖，是不是有點像心臟的跳動呢！
固特異無充氣輪胎在小巴士Olli測試
南極熊導讀：之前我們曾多次報道3D打印電動小巴士Olli，這輛小巴士不斷的進行技術迭代和更新，現在又將開始了一項新的探索，就是使用3D打印的無充氣輪胎。
2021年7月27日，南極熊獲悉，在美國的佛羅里達州杰克遜維爾市，將為Olli 3D打印電動小巴士安裝測試固特異（Goodyear）的3D打印無充氣輪胎。
固特異與3D打印電動巴士的創造者Local Motors、自主移動技術供應商Beep以及杰克遜維爾交通局（JTA）合作，他們稱這是電動巴士安裝的首個無氣輪胎，可供場內使用，這種新的合作關系將使電動巴士更加可持續。
在過去的三年里，固特異和Local Motors測試了3D打印的無氣輪胎，達到了有關負載、速度和耐用性的幾個性能指標。在2019年，固特異將重點轉向公路測試，并與Local Motors建立了日益密切的關系，希望證明非充氣輪胎在未來幾年內可以成為行業標準。
在杰克遜維爾市的這一最新測試，將揭示出比過去幾年加起來還要多的關于非充氣輪胎的信息，包括它們如何為電動班車提供可持續、免維護和更持久的選擇。此外，固特異和當地汽車公司將從測試中收集體驗數據，尋找關于乘坐舒適度、噪音和其他變量。
固特異高級項目經理Michael Rachita說："我們覺得輪胎可以改變我們的移動方式，無氣結構是理想的，特別是在新興的自動駕駛交通環境中。我們期待著在本世紀末推出第一款完全可持續的免維護輪胎"。
△固特異無充氣輪胎（NPT），圖片由固特異提供
2020年9月，杰克遜維爾交通局（JTA）邀請Olli 2.0自動駕駛電動小巴士加入其測試計劃。
這也是JTA自2017年啟動終極城市循環器計劃以來，測試的第五輛自動駕駛汽車。
展開 氣球充氣過程非線性模擬 ￥5
充氣氣球是一個高度非線性的過程，涉及大變形和材料非線性。復制模擬并回答以下問題。
給氣球充氣是一個高度非線性的過程，因為它涉及到大變形和材料非線性。此模型模擬了氣球充氣的過程。
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 首款自行車3D打印輪胎問世，免充氣不需補胎
使用Pro Flex TPU進行3D打印
輪胎的結構看起來，和摩拜單車的免充氣輪胎很像。
雖然讓城市自行車不用再擔心爆胎的想法已經很多，但是從材料本身來看，可以用3D打印的形式呈現，才是最亮眼的地方。在過去的幾年中，3D打印已經在工業設計領域快速崛起，激發了更多制造業的潛力。
現在，在3D打印上最大的創新，往往都是和新材料的配合，像BigRep這樣的公司就是主要在3D打印機上不斷嘗試新的材料研發、制造更多的產品。
免充氣的NowLab自行車輪胎
這個3D打印的自行車輪胎由柏林的3D打印機公司NowLab的設計師Marco Mattia Cristofori設計制造，并為此全程開發了新的應用。
輪胎的基本材料是Pro Flex，這是一種耐用的熱塑性聚氨酯材料，保留了TPU的柔韌性。
對于3D打印機來說，印刷彈性體一直是3D打印的難題，因此，這種可以創建保持耐用性，柔韌性和阻尼性的3D打印材料是非常獨特的。當然，這也是為什么它可以用來3D打印制造逐層打印的免充氣輪胎，而不是像市場上的其他免充氣產品那樣，通過建模等傳統的解決方案來制造。
這樣打印出來的輪胎，由于采用了分層的鏤空設計，因此可以像橡膠輪胎一樣彎曲，還可以把任何胎花都直接打印在胎面上，而無需其他的額外的處理。
不過這一過程需要16個小時才能完成，然后就可以把其拉伸安裝到標準了自行車輪圈上了。當然了，雖然具備了一定的功能性但這些還都只是原型產品。現在BigRep的打算是把這些打印機銷售給制造商，以便讓他們可以按照自己的意愿來制造產品。
更進一步的設計主要是針對輪胎和輪框的結合方式（盡管在比如Tufo的開口管胎上的卡緊狀態，已經可以讓我們想象到解決方法），更加自然的彎曲以及更多的胎花選擇。
展開 ABAQUS實現氣囊充氣展開教程
氣囊充氣展開教程
本期給大家介紹abaqus中實現氣囊充氣展開過程仿真的教程。
下圖左側為實物，右側為仿真結果。
本次仿真基于有限元法采用ABAQUS軟件實現，分析類型為顯示動力學分析。具體建模步驟如下：
第一步：part模塊
根據幾何尺寸，建立幾何模型，幾何模型示意圖如下。
第二步：Material模塊
定義材料及截面：彈性模量取300MPa 泊松比取0.49，密度取1200kg/m3
截面屬性，這里采用膜截面。
第三步：assembly模塊
將部件進行裝配。
第四步：step模塊
建立顯示動力學分析步，這里設置時間為0.01s。
第五步：interaction模塊
創建流體腔
需要提前建立參考點用于定義Cavity point，即氣體注入點。
Cavity Surface則定義在膜的內部表面。
流體腔充氣設置
第六步：load模塊
定義預定義溫度場
第七步：mesh模塊
網格劃分，同時定義單元類型為膜單元。
第八步：模型樹
定義絕對零度和標準大氣壓
第九步：創建job提交計算。
最后查看結果：
模型的位移云圖如下，可以看到展開過程。
展開 
寶馬和麻省理工合作探索可打印充氣材料
寶馬公司的工程師們正在與麻省理工學院(MIT)的自行組裝實驗室合作，開發可自行轉換、適應和變形的印刷充氣材料。該技術可能應用與汽車內飾等方面。工程師們打印了類似于定制氣球的氣密和水密膨脹幾何圖形。硅印刷的物體可以根據系統內的氣壓的大小改變形狀。氣動控制使印刷結構能夠轉換成各種形狀、擁有各種功能或剛度特性。寶馬集團品牌視覺和品牌設計主管Martina Starke表示：“汽車內部正朝著一種違反前后座椅等傳統慣例的車型轉變，沒有必要把未來的汽車鎖定成任何特定的形狀。
內飾設計甚至可以采用可塑、模塊化的設計，這就是為什么這項研究關注的是現階段的技術尺寸和材料性能。”麻省理工學院自組裝實驗室創始人Skylar Tibbits補充說：“我們匯集了許多最新的技術，如快速的液體印刷技術和軟機器人技術，以實現這種適應性的材料結構。在過去，像這樣的場景通常需要復雜的機電設備，或復雜的模制和工具來生產充氣產品。現在，我們能夠打印出具有定制驅動和可調剛度的復雜充氣結構。這種材料展示了機械式的轉換，從具有七個獨立腔室的氣動系統轉變為不同的運動模式。這一適應性技術為適應人類舒適、緩沖和沖擊性能的可轉換表面指明了未來的方向。”
展開 天線仿真與設計 | 新型充氣太空天線將有望提高瞄準性能
FreeFall采用充氣結構，可以裝在小型衛星內，并部署在太空中。此結構提供了一個大型孔徑，與傳統天線系統相比，可以在極低質量與功耗的情況下傳輸或接收海量數據。FreeFall天線本質是一個半透明半金屬化的氣球，可捕獲無線電信號，以實現高效通信。反射器采用球形而非拋物線形，可以實現極低風險的部署，因為球形是大多數充氣物體的自然形狀。由此得到的系統能夠以現有解決方案幾分之一的尺寸和成本提供高速率的數據通信。
充氣太空天線提高其瞄準性能（圖片由FreeFall Aerospace提供）
FreeFall工程師已廣泛運用Ansys HFSS全波電子仿真來分析該系統的性能并進行精細設計，而無需進行成本高且耗時的硬件實驗。
該公司通過Ansys初創公司計劃獲得HFSS，該計劃使初創公司能以較大折扣的價格獲得仿真軟件。Ansys精英渠道合作伙伴Phoenix Analysis and Design Technologies (PADT)指引FreeFall團隊加入Ansys初創公司計劃，建立FreeFall與Ansys的合作伙伴關系。
FreeFall Aerospace聯合創始人、總裁兼首席執行官Doug Stetson表示：“我無法想象，如果沒有Ansys HFSS這樣的工具，我們公司或任何類似的公司如何能夠做到這一點。我想，在過去您可能需要反復構建和測試，但是要構建不同類型的天線，對其進行測試，并調整其物理設計以獲得所需性能，這需要投入大量的時間。我們現在能夠使用HFSS在虛擬環境下完成所有工作，從而節省了大量時間和資金。
展開 基于fluid cavity 的氣囊充氣過程模擬教程（全GUI)及.CAE計算文件 ￥1.5
基于fluid cavity 的氣囊充氣過程模擬教程（全GUI).PDF版
基于fluid cavity 的氣囊充氣過程模擬.pdf
COMSOL氣球充氣過程真 ￥300
<p>本篇文檔基于COMSOL軟件仿真了氣球的充氣過程。展示效果如下：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202108/aed2a472f2d04b9e886971a68688ba8d.gif" alt="Untitled1.gif"></p><div contenteditable="false" width="100%">
<p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202108/e42620c1d16e45128267f845b816bbc1.gif" title="Untitled3.gif" alt="Untitled3.gif" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202108/e42620c1d16e45128267f845b816bbc1.gif?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/202108/e42620c1d16e45128267f845b816bbc1.gif?image_process=/format,webp/quality,q_40" data-initial-src="https://img.jishulink.com/upload/202108/e42620c1d16e45128267f845b816bbc1.gif"></p>
<p>感興趣的朋友可以下載此模型，也可以基于此模型對其他形狀的氣球進行充氣模擬。歡迎交流！
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