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圖1所示的是軸對(duì)稱175SR14輪胎的一半模型。橡膠層用CGAX4和 CGAX3單元建模。加強(qiáng)層使用帶有rebar層的SFMGAX1單元模擬。橡膠層和加強(qiáng)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(yīng)變能使用系數(shù)C10=10^6,C01=0和D1=2*10^8。用來(lái)模擬骨架纖維的剛性層和徑向成0°，彈性模量為9.87Gpa。

這篇文章，我們介紹ABAQUS關(guān)于橡膠材料模型的建模方法。橡膠材料(如熱塑性塑料)主要用于輪胎、消費(fèi)品、醫(yī)療或密封等工業(yè)領(lǐng)域的解決方案，但橡膠也存在于許多其他工程領(lǐng)域。今天，我將介紹ABAQUS在密封領(lǐng)域中橡膠模擬的應(yīng)用，以顯示它高效強(qiáng)大的橡膠建模能力。 在密封領(lǐng)域的設(shè)計(jì)階段使用仿真手段為解決方案提供指導(dǎo)正在成為一個(gè)必要的步驟，可以幫助識(shí)別和更好地了解產(chǎn)品的行為。

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。

圖9、橡膠襯套的靜剛度仿真曲線 如果將我們的載荷換成如圖10的正弦加載曲線，我們還可以得到該硬度下，固定頻率的動(dòng)剛度的遲滯曲線，進(jìn)而得出其動(dòng)剛度。 圖10、動(dòng)態(tài)加載曲線、結(jié)果可視化云圖與遲滯曲線 下載地址：基于Abaqus的橡膠和粘彈性建模

輪胎的材料與結(jié)構(gòu)通常比較復(fù)雜，外層通常由堅(jiān)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(cuò)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(hù)膠、內(nèi)面層與帶束層等多個(gè)部分，如圖1所示。

該示例問(wèn)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(jìn)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(jié)構(gòu)材料（如鋼絲繩，建模為線性彈性材料）組成的復(fù)雜復(fù)合結(jié)構(gòu)。 重點(diǎn)介紹了以下特性和功能： • 具有扭轉(zhuǎn)能力的軸對(duì)稱單元（PLANE182）。

下面展示了如何建模邊沿： 建模輪胎與路面的接觸： 輪胎表面與路面的接觸部分用CONTA174單元，路面建模為剛性目標(biāo)面（TSHAP,QUAD），為接觸單元指定沖擊約束（KEYOPT(7)=4）。 材料屬性： 輪胎橡膠采用超彈性材料，空氣采用不可壓縮氣體材料模型，鋼作為加固材料。

在橡膠制品的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)過(guò)程中，能否在產(chǎn)品試制前準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其疲勞壽命，是衡量研發(fā)水平的重要標(biāo)志。Endurica作為一款在全球范圍內(nèi)經(jīng)過(guò)廣泛驗(yàn)證的橡膠疲勞壽命仿真工具，已成為多家頭部輪胎與橡膠企業(yè)研發(fā)體系中的關(guān)鍵組成部分。引入Endurica不僅是為團(tuán)隊(duì)增添一款軟件，更是構(gòu)建一項(xiàng)可持續(xù)的工程能力。

橡膠的動(dòng)態(tài)疲勞 動(dòng)態(tài)疲勞性能是橡膠特有的重要力學(xué)性質(zhì)。它對(duì)橡膠制品的實(shí)際使用,有重要的意義。在動(dòng)態(tài)條件下工作的橡膠制品,如輪胎、防震制品等,主要是利用它優(yōu)越的動(dòng)態(tài)力橡膠制品長(zhǎng)期在動(dòng)態(tài)下工作,將逐漸加深動(dòng)態(tài)疲勞,以致發(fā)生破壞,這種破壞稱之疲勞破壞。延長(zhǎng)橡膠制品動(dòng)態(tài)下的使用壽命,即提高耐疲勞性能,是個(gè)重要的研究課題。

2、輪胎正常使用跑了6至8萬(wàn)公里。 這種情況下的輪胎已經(jīng)磨損的很?chē)?yán)重了，為了生命安全，要及時(shí)更換。 3、平時(shí)開(kāi)車(chē)少，但輪胎已使用了3至5年。 這時(shí)候輪胎在不考慮磨損的情況下，也要考慮橡膠老化，嚴(yán)重影響使用。

在合成橡膠方面，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家注重傳統(tǒng)橡膠合成單體的生物基化，比如美國(guó)固特異(Goodyear)公司利用糖源開(kāi)發(fā)生物基異戊二烯，進(jìn)而合成出生物基異戊橡膠，最終制備出生物基異戊橡膠輪胎；阿朗新科利用甘蔗渣開(kāi)發(fā)出生物基乙烯，與石油基丙烯共聚合，合成生物基三元乙丙橡膠，其中的生物基原料比例可達(dá)70%。這不僅僅是關(guān)于汽車(chē)本身是由什么制成的：它所處的位置也會(huì)對(duì)可持續(xù)性產(chǎn)生影響。

挑戰(zhàn)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)需要對(duì)大量的輪胎設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較，包括橡膠配方和結(jié)構(gòu)方面的變化，并了解這些差異會(huì)對(duì)車(chē)輛性能產(chǎn)生何種影響。為每種配置生產(chǎn)并測(cè)試實(shí)體輪胎將會(huì)極大地延長(zhǎng)開(kāi)發(fā)周期。

挑戰(zhàn)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)需要對(duì)大量的輪胎設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較，包括橡膠配方和結(jié)構(gòu)方面的變化，并了解這些差異會(huì)對(duì)車(chē)輛性能產(chǎn)生何種影響。為每種配置生產(chǎn)并測(cè)試實(shí)體輪胎將會(huì)極大地延長(zhǎng)開(kāi)發(fā)周期。

別看外表上輪胎“渾身”都是橡膠，但橡膠在輪胎胎體中只起組合胎體各部件、密封、耐磨、抗刺扎及部分緩沖等作用，并不真正“出力”，真正“出力”的是隱藏在橡膠里面的簾布。為了減少簾布的受力，人們一方面增加簾布的層數(shù)，一方面使胎體中的簾布經(jīng)線按一定的角度相互交叉排列。因相鄰兩層的簾布經(jīng)線相互傾斜交叉，故而人們便把這種簾布貼合形式的輪胎稱為“斜交胎”。

2.建模細(xì)節(jié)：減震器建模：Adams/view中有減震器模型，所以在CATIA中只需要確定減震器安裝的上下點(diǎn)即可，建議用一個(gè)小圓球定位。輪胎建模：Adams/view中也有輪胎模型，所以只需要確定輪胎中心點(diǎn)即可。由于adams/View中沒(méi)法像car中更改輪胎的定位參數(shù)，如外傾角和前束角，所以這兩個(gè)角度在立柱上要體現(xiàn)出來(lái)。從而在view中定義輪胎旋轉(zhuǎn)軸時(shí)選定。

[3] 張勇,王昌寧,張寶亮.輪胎立體圖設(shè)計(jì)方法及要點(diǎn)[J].橡膠科技市場(chǎng),2012,10(11):39-42.[4] 梁文蘭,向宗義,汪旭波等.UG NX軟件在輪胎三維模型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].輪胎工業(yè),2020,40(07):397-400.文章來(lái)源：橡塑資源利用. 2023(03)

數(shù)值模擬分析法因具有直觀、快速、成本低等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，但數(shù)值模擬分析法中的建模、前處理和后處理等過(guò)程繁瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此，研究參數(shù)化建模、自動(dòng)前處理和后處理的方法，對(duì)橡膠襯套類制品的快速開(kāi)發(fā)和優(yōu)化有顯著的實(shí)際工程意義。

輪胎作為汽車(chē)與路面接觸的唯一部件，是虛擬樣機(jī)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。“虛擬送樣”是輪胎公司實(shí)現(xiàn)高端配套必須具備的能力。“虛擬送樣”技術(shù)的最主要特征是高精度與高效率，傳統(tǒng)的輪胎有限元建模技術(shù)難以滿足這兩方面要求。需要探索針對(duì)“虛擬送樣”應(yīng)用場(chǎng)景的高精度高計(jì)算效率的有限元建模新方法，并結(jié)合具有復(fù)合工況特性預(yù)測(cè)能力的實(shí)用輪胎模型來(lái)達(dá)到虛擬送樣的要求。

E-rubber的充氣式橡膠高分子材料等雙軸拉伸技術(shù)，已應(yīng)用于高鐵、汽車(chē)、輪胎等多個(gè)領(lǐng)域，為精準(zhǔn)仿真提供了可靠的數(shù)據(jù)基石。期待與您深入交流。