轮胎有限元应力应变计算
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理论•研究第10期全钢子午线轮胎胎圈耐久性能试验方法有限元验证张伟伟,刘岩,罗哲[浦林成山(青岛)工业研究设计有限公司,山东青岛266000]摘要:对12R22.5无内胎和12.00R20有内胎全钢子午线轮胎进行有限元仿真分析,分别对有、无胎面两种模型的轮胎胎圈部位进行受力分析,对比胎体反包端点应变能密度。
结果表明,磨掉胎面轮胎的胎圈部位受力情况与正常轮胎相当,因此磨掉胎面再进行胎圈耐久性能试验能够更有效地反映正常轮胎的胎圈受力情况。
关键词:全钢子午线轮胎;胎圈;耐久性能;无胎面;有限元分析;应变能密度中图分类号:U463.341+.3;O241.82文章编号:2095-5448(2019)10-0557-03文献标志码:A DOI:10.12137/j.issn.2095-5448.2019.10.0557轮胎耐久性能是室内轮胎标准检验项目之一,是与轮胎安全性相关的强制性试验项目。
一般在直径为1.7m的试验转鼓上检验轮胎耐久性能,只有耐久性能满足要求的轮胎才能进入市场“叫当按照国家标准耐久性能试验方法进行试验时,轮胎胎肩往往会早于胎圈损坏这是由于胎面胶较厚,胎肩部位因变形产生的热量不断积累且散热较慢而导致提前损坏,发生这种情况将无法评估胎圈的耐久性能。
为解决这个问题,本工作将轮胎胎面磨掉后(如图1所示)再进行耐久性能试验,使轮胎的破坏位置能确保发生在胎圈部位(如图2所示)。
如果磨掉胎面前后胎圈部位的受力情况差距很大,这种方法将无法反映正常胎圈的耐久性图1磨掉胎面后的轮胎及其断面作者简介:张伟伟(1986-),女,山东聊城人.浦林成山(青岛)工业研究设计有限公司工程师.学士.主要从事轮胎有限元仿真研究工作。
E-mail:wwzhang@图2胎圈破坏形式能,因此需要对比磨掉胎面前后胎圈部位的受力情况。
显然,通过测试受力来完成这项工作有一定困难,有限元仿真可以很好地解决这个问题。
1测试方案1.1胎圈部位受力判据的选取据统计,磨掉胎面后,轮胎的耐久性能试验破坏主要集中在胎体反包和胎圈包布外端点,裂纹首先在帘线端点与胶料粘合部位开始形成,然后沿着胎体帘线和胎圈包布之间的胶料扩展,最终导致轮胎失效。
有限元分析中的应力在有限元分析中,应力是对物体内部的力学状态的描述。
它描述了物体在受力作用下产生的应变情况。
应力可以分为正应力和剪应力两个方向。
正应力是物体内部的力在其中一截面上的投影,即单位面积上的力。
根据胡克定律,正应力与应变成正比。
正应力可以分为拉应力和压应力两种情况。
当物体受到拉力作用后,该截面上的应力为正值,被称为拉应力。
当物体受到压力作用后,该截面上的应力为负值,被称为压应力。
正应力的单位为帕斯卡(Pascal),常用符号是σ。
剪应力是物体内部的力在其中一截面上的切向分力,即单位面积上的切力。
剪应力有时也被称为切应力。
剪应力在工程中非常重要,因为它反映了物体在受力作用下的剪切变形情况。
剪应力的单位也是帕斯卡(Pascal),常用符号是τ。
在有限元分析中,通过计算每个单元上的位移,然后通过应力-应变关系求解每个单元上的应力。
应力的计算可以通过以下公式得到:σ=E*ε其中,σ是应力,E是材料的弹性模量,ε是应变。
有限元分析还可以计算相应的应力激活互换载荷。
这意味着,在一些特殊的情况下,我们可以通过改变结构的加载条件来获得相同的应力分布情况。
这对于优化设计非常重要,因为我们可以根据需要来改变材料和几何形状,并通过有限元分析来确定最佳的结构配置。
总之,有限元分析是一种强大的工具,用于求解结构的应力分布情况。
通过计算每个单元上的位移,并应用应力-应变关系,我们可以得到结构的应力分布情况。
应力分析在结构设计和优化中起着至关重要的作用,帮助工程师确定合适的材料和几何形状,并最大程度地减少结构的应力集中。
基于ABAQUS的多工况下轮胎接地特性分析作者:全振强李波王文豪韩霄贝绍轶张兰春顾甜莉茅海剑杭玉迪来源:《江苏理工学院学报》2022年第02期摘要:研究了多工况下轮胎的接地特性。
首先,通过ABAQUS软件搭建了205/55R16子午线轮胎的有限元模型;然后,设计、搭建了有限元轮胎模型验证平台,通过对比二者的径向刚度曲线验证了模型的有效性;最后,通过设置多种仿真工况,研究了不同负载、充气压力、驱动状态以及侧偏角度下轮胎的接地特性。
结果表明:负载越大,轮胎接地面积和接触面应力越大,且应力最大值位于中间纵向沟槽内;胎压越高,轮胎接地面积越小,接触面应力越大,应力最大值逐渐转移至接触中心点;当轮胎由静置转为滚动,接触面积和接触应力均减小,应力最大值位于中间纵向沟槽内,且车速与应力大小无关;加速或制动都会使得接触面应力最大值移至接地印记末端,且应力最大值与角速度呈正相关;接触面应力最大值位置与轮胎侧偏方向相反,与纵向车速方向相同,且接触面应力最大值与侧偏角呈正相关,但接触面横向应力增长会首先趋于饱和。
关键词:子午线轮胎;有限元;多工况;接地特性中图分类号:U463.361文献标识码:A文章编号:2095-7394(2022)02-0063-16轮胎是汽车与地面接触的唯一部件,其性能对汽车行驶安全性、乘坐舒适性和燃油经济性等都有很大的影响[1]。
车轮不仅承载了车身的重量,而且通过轮胎-地面接触面的相互作用,实现了车辆的导向、加速和制动等性能[2];因此,开展轮胎在不同工况下的接地特性研究至关重要。
轮胎的接地特性研究是轮胎领域研究的基石,国内外学者已经就此开展了多项研究。
首先,轮胎接地特性研究可以为轮胎制造提供更好的设计、优化思路。
张伟伟等人[3]通过研究全钢轮胎的接地印痕,认为不同的胎冠弧设计方案对接地印痕的形状影响很大,此结论可以用于轮胎设计初期的结构优化,以提高轮胎的性能。
王琳等人[4]研究了轮胎花纹在不同工况下的接地特性,发现轮胎在侧偏、启动等复杂工况下易发生偏磨,这一结论有助于优化轮胎的花纹结构,以应对复杂工况下轮胎的偏磨现象。
收稿日期:2011-01-21作者简介:刘建勋,高级工程师,1995年毕业于湘潭大学机械制造专业,现任株洲时代新材料科技股份有限公司副总经理兼总工程师。
基金项目:国家“863”课题(2008AA030706)一种橡胶弹性元件疲劳寿命预测方法的研究*刘建勋,黄友剑,刘柏兵,卜继玲(株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲412007)摘要:文章结合一款锥形橡胶弹性元件的疲劳破坏问题,提出了一种基于ABAQUS+FE-SAFE 平台下的橡胶疲劳寿命预测方法,通过该疲劳仿真模拟技术,实现了对橡胶弹性元件产品疲劳寿命预测的目的,为类似弹性元件的疲劳评估提供了一种新的思路。
关键词:橡胶弹性元件;疲劳寿命;Abaqus+FE/safe 平台中图分类号:U266.2文献标识码:A文章编号:1672-1187(2011)03-0012-03Research on fatigue life prediction method of rubber componentsLIU Jian-xun ,HUANG You-jian ,LIU Bai-bin ,BU Ji-ling(Zhuzhou Times New Material Technology Co.,Ltd.,Zhuzhou 412007,China )Abstract :Aiming at the fatigue damage problem of a conical rubber component ,a prediction method on fatigue life is provided on the base of ABAQUS+FE-SAFE Platform.The purpose of predicting the fatigue life of rubber component is realized by the fatigue simulation technology.The prediction method also provides a new concept for the fatigue evaluation of similar rubber components.Key words :rubber component ;fatigue life ;ABAQUS+FE-SAFE Platform电力机车与城轨车辆Electric Locomotives &Mass Transit Vehicles 第34卷第3期2011年5月20日Vol.34No.3M ay 20th ,2011研究开发◆◆0引言橡胶材料能承受大应变而不会发生永久性的变形和断裂,这使得它广泛地应用在轮胎、减振器、密封件、软管、皮带、结构轴承等领域,而这些产品主要应用于准静态和疲劳应变的环境下[1-2],所以橡胶产品的疲劳寿命是检验产品质量是否合格的主要指标。
2007年5月农业机械学报第38卷第5期斜交轮胎三维有限元建模及应力分析王泽鹏 高 峰 薛风先 【摘要】 利用AN SY S 中的三维层单元模拟轮胎复合材料,建立了7.00-1614PR 斜交轮胎三维有限元分析模型。
在此基础上研究了轮胎在额定气压下的主应力、剪应力及帘布端点处层间剪应力的分布规律,并指出了它们对轮胎早期失效的影响。
分析结果验证了三维有限元建模的正确性和有限元法应用于层间剪应力分析的有效性。
关键词:斜交轮胎 有限元法 三维模型中图分类号:U 463.341文献标识码:AModeling and S tress Analysis of a Bias Tire by 3-D Finite Element MethodWang Zepeng 1 Gao Feng 1 Xue Fengxian2(1.Beihang University 2.Shandong University of Science and Technology )AbstractA three-dim ensio nal finite element mo del fo r the bia s tire improv ed from a tw o-dimensional g eo metric mo del w as established .The simulatio n based o n the model fo r bias tire (700-1614PR)was ca rried o ut by using the 3-D layer elem ent sim ulating tire composite em bed in AN SYS softw are.The distributio ns o f principal stress,shear stress and inter-laminar shear stress under the rating air pressure w as study .Their influence on ea rly -failure of the bias tire w as pointed o ut .The results indicate that the 3-D finite elem ent model is correct ,the application of the finite element to inter-laminar shear stress is effectiv e and has a sig nificance for structural desig n of tire.Key words B ias tire ,Finite element method ,Three -dimensio nal model 收稿日期:2005-11-24王泽鹏 北京航空航天大学汽车工程系 博士生,100083 北京市高 峰 北京航空航天大学汽车工程系 教授 博士生导师薛风先 山东科技大学机械电子工程学院 助教,266510 青岛市 引言有限元技术应用于轮胎结构设计及分析,可在结构设计阶段模拟轮胎不同工况下的力学与热学性能,改变了通过成品实验反复修正的传统设计模式,节省了试制成本,提高了效率。
有限元软件计算结果得到范米塞斯等效应力有限元软件计算结果得到范米塞斯等效应力一、引言在工程结构设计和分析中,有限元软件是一种非常重要的工具。
通过有限元软件,我们可以对各种复杂结构进行强度分析,得到应力、应变分布等重要参数。
其中,范米塞斯等效应力是一个非常重要且常用的参数,在工程实践中具有广泛的应用。
本文将介绍有限元软件计算结果得到的范米塞斯等效应力,以及在工程中的意义和应用。
二、范米塞斯等效应力的定义范米塞斯等效应力是一种将复杂的应力状态简化为等效应力的方法,它可以更好地反映材料的破坏情况。
在工程中,材料的强度常常通过范米塞斯等效应力来进行评估。
根据范米塞斯理论,当材料的等效应力达到其屈服强度时,材料就会发生破坏。
三、有限元软件计算范米塞斯等效应力的方法有限元软件通过数值模拟方法,可以快速而准确地计算得到结构的应力分布。
在有限元软件中,计算范米塞斯等效应力的一般步骤如下:1.建立几何模型:需要在有限元软件中建立相应的几何模型,包括结构的尺寸、边界条件等。
2.设置材料属性:在几何模型建立完成后,需要设置材料的力学性质,包括杨氏模量、泊松比、屈服强度等。
3.施加载荷:根据实际情况,对结构施加相应的载荷,可以是集中力、分布力、压力等。
4.进行力学分析:通过有限元软件进行力学分析,得到结构的应力分布。
5.计算范米塞斯等效应力:根据得到的应力分布,可以通过范米塞斯理论计算得到结构的等效应力。
通过上述步骤,有限元软件可以很好地计算得到结构的范米塞斯等效应力。
四、范米塞斯等效应力在工程中的应用范米塞斯等效应力是评估材料强度和结构破坏的重要参数,在工程中具有广泛的应用。
它可以用于以下方面:1.材料强度评估:工程实践中经常需要评估材料的强度,通过范米塞斯等效应力可以比较直观地得到材料的破坏情况。
2.结构设计优化:在结构设计中,我们可以通过计算范米塞斯等效应力来优化结构的尺寸和形状,以满足强度和刚度的要求。
3.疲劳分析:在疲劳分析中,范米塞斯等效应力也是一个重要的参数,可以用来评估结构在循环载荷下的疲劳寿命。
附录1:外文文献翻译对柔性路面面层开裂的三维有限元分析Hasan Ozer, Imad L. Al-Qadi* and Carlos A. Duarte美国伊利诺伊大学厄本那—香槟分校,土木与环境工程系, IL 61801摘要:靠近路面表层的开裂是导致道路寿命缩短的主要因素之一。
重交通荷载、施工缺陷、表层混合料的特征是导致路面表层开裂的主要原因。
此外,形状不规则的轮胎与路面的接触力有可能在路面表层附近产生极其复杂的应力状态。
在这种条件下预测裂纹扩展需要对多种路面结构状态如应力、应变、位移做高精度计算。
广义有限元方法(GFEM)提供了一个计算框架,当使用一个扩展的策略时,裂缝在有限单元网格中可能沿任意方向发展。
此扩展方法在GFEM中也能提高多项式近似计算的精度。
使用GFEM时会对地表层裂缝执行三维分析,建立持久路面结构的大型三维模型,在不同位置插入裂缝。
拥有集料规模缺陷的持久路面结构的数值试验揭示了双轮胎下路面断裂的复杂情形。
关键词:由上而下产生裂缝(top-down crack);广义有限元法;混合模型;持久路面;1. 简介靠近上面层的裂缝,即自上而下开展的裂缝(top-down cracking,以下简称“上贯缝”),一直被认为是柔性路面的主要损坏形式之一。
随着长效路面,即人们所认为的持久路面建设率的增加,这种损坏现象也随之增加。
这些路面常为了增加寿命而有较厚的沥青混合料层。
在这种情况下,裂缝只限于表面。
然而,人们还没有弄明白靠近路面表层的结构层。
研究“上贯缝”的学者在没有识别裂缝产生的位置的情况下,就导致开裂的原因达成共识。
不规则的轮胎接触压力、横向组件与温度荷载时主要因素。
由于粘结剂的老化和分离,刚度梯度的变化成了另一个增加裂缝发展的因素。
许多学者通过现场调查研究了这一复杂的现象。
利用多种数值方法分析、实验室模拟和大规模的测试,De freitas et al.在2005年识别出了几个导致上贯缝产生的原因,开始利用实验室、三维有限元法(FE)评估了其中的一些原因。