基于Abaqus的轮胎接地印痕优化分析
基于Abaqus软件的轮胎有限元模型建立及仿真分析
表1 305/75R24. 5全钢载重子午线轮胎各橡胶
部件胶料的Rivlin系数
MPa
橡胶部件 胎面胶
C10 0. 603 5
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的制高点。国内轮胎企业以及高校和科研院所应 加大相关技术研发力度。
本 工 作 基 于Abaqus软 件 建 立 轮 胎 有 限 元 模 型，对305/75R24. 5全钢载重子午线轮胎的外缘尺 寸、胎 肩 应 力、带 束 层 应 力 分 布、胎 圈 与 轮 辋 接 触 应力分布进行预测分析，以期确保305/75R24. 5全 钢载重子午线轮胎设计的可靠性。
欧 盟 标 签 法 出 台 后，欧 盟 国 家 禁 止 进 口 和 销 售 不 符 合 该 法 规 的 轮 胎。 近 年 来，西 方 发 达 国 家纷纷对中国轮胎企业征收反倾销税和反补贴 税[7-11]。与此同时，美国正斥巨资建立国家轮胎研 究 中 心，欧 盟 第 七 框 架 研 究 计 划 设 立 轮 胎 力 学 和 道路安全项目。这些都表明发达国家正通过提高 技术门槛和加强贸易保护力图继续控制轮胎技术
图1 单轴拉伸试验试样
2 二维ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ气状态及静负荷状态有限元模型的建 立和仿真模拟过程
2. 1 有限元分析前处理 有限元分析的前处理是把几何模型转化为
有限元模型的过程，主要包括材料分布图的简化、 单 元 集 合 的 建 立 和 网 格 划 分 等。 本 研 究 利 用 浩 辰CAD建 立 的305/75R24. 5载 重 子 午 线 轮 胎 的 几 何 模 型，即 材 料 分 布 图，将 模 型 的 轮 廓 曲 线（除 去 尺 寸 线 等 注 释 线）导 入 hypermesh 软 件，即 首 先 将CAD中 的 材 料 分 布 图 处 理 成 以x轴 为 中 线 的 轴 对 称 分 布 图，再 利 用hypermesh软 件 对 其 进 行 二维有限元网格划分。建模时保留了轮胎花纹， 305/75R24. 5载重子午线轮胎的有限元网格划分 如图2所示。
基于ABAQUS的34×10.75-16航空轮胎非线性有限元分析
ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｃ ｏ ｍｐａ ｒ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｓ ．Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈｏ ｗｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈｅ ｄ ｆ ｉ ｎｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎｔ
罗瑞兴 ，闫普 选 ，王玉峰 ，韩 飞雪
（ 桂 林电子科技 大学， 材料科 学与工程 学院 ， 广西桂林 ， ５ ４ １ ０ ０ ４ ） 摘 要 ：基 于轮 胎 变形 的几何 非线 性 、 轮胎 与 地面 接 触 的 非线 性 、 轮胎 材料 的非 均 匀性 及橡 胶
基 复合 材料 的各 向异 性 的特 性 ，通 过Ａｕ ｔ ｏ Ｃ ＡＤ软件 设计 轮 胎 断面 的轮 廓 结构 ，利 用ＡＢ ＡＱＵＳ 有 限元软 件建 立３ ４×１ ０ ． ７ ５ ． １ ６ 航 空 轮胎 结构 有 限元 模 型 。通过 ＡＢ ＡＱＵＳ ／ Ａ Ｔ ＮＤＡ ＲＤ求解 器仿 真 计
ｉ ｎ ＡＢ ＡＱＵＳ
Ｒｕｉ ｘｉ ｎｇ Ｌｕ ｏ ，Ｐ ｕｘ ｕ ａ ｎ Ｙａ ｎ， Ｙｕｆ ｅ ｎ ｇ Ｗａ ｎ ｇ，Ｆ ｅｉ ｘ ｕｅ Ｈａ ｎ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｆ ｏ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｇ ｕ ｉ ｌ ｉ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｇｕ ｉ ｌ ｉ ｎ ， ５ ４ １ ０ ０ ４ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
基于abacus有限元的车轮优化设计
基于abacus有限元的车轮优化设计刘军;陈正江【摘要】针对车轮的特殊使用工况,根据车轮弯曲试验,利用ABAQUS建立有限元模型,通过分析找出问题所在,并进行优化改进,使设计的车轮能满足强度使用要求.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】3页(P28-29,39)【关键词】车轮;有限元分析;优化【作者】刘军;陈正江【作者单位】安徽江淮汽车股份有限公司,安徽合肥230022;安徽江淮汽车股份有限公司,安徽合肥230022【正文语种】中文【中图分类】U463.34CLC NO.:U463.34 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)05-28-03 车轮是介于轮胎和车桥之间承受负荷的旋转件，起着承载、转向、驱动、制动等作用，是车辆行驶系统中重要的安全结构部件。
车轮在循环载荷下的承载能力一般都比较低，因此在设计阶段预测车轮的强度有着重要的意义。
计算机辅助工程的应用，为结构强度计算提供了可靠的手段，使设计人员在产品开发的初级阶段就可以进行仿真分析，得出相对可靠的强度预测，缩短开发周期，节省费用。
本文就有限元模型方面展开研究，以汽车车轮的弯曲试验为例，用ABAQUS软件建立精确的有限元模型，得出车轮结构的应力分布，针对应力分布的薄弱环节进行相应的加强和改进。
车轮的强度是通过弯曲试验和径向试验来检验的，实际经验表明，弯曲试验破坏几率远大于径向试验，于是，本文针对弯曲试验，探讨车轮强度的预测方法。
车轮几何形状复杂，在结构突变处容易出现应力集中现象，导致车轮局部应力提高，破坏总是由应力应变最高处起始，沿着一定的结晶面开始扩展，形成裂纹。
因此，应力集中处就是结构破坏的危险处。
结构的强度取决于危险点在应力循环周期内的最大最小应力值，本文的研究方法是根据车轮弯曲试验中的加载和约束边界条件建立车轮的静态线性有限元模型，快速找出结构中的危险点。
基于Abaqus的全钢轮胎接地印痕仿真分析
基于Abaqus的全钢轮胎接地印痕仿真分析张伟伟，王海艳，任世夺，张永锋，张梦洁[浦林成山（青岛）工业研究设计有限公司，山东青岛266042]摘要：以215/75R22.5和315/70R22.5全钢轮胎为研究对象，通过有限元仿真分析方法模拟轮胎的接地印痕，并量化表征接地印痕形状，将实际测试结果与仿真结果进行了对比。
结果表明：行驶面弧度高和胎冠弧半径都对轮胎接地印痕形状产生影响，不同胎冠弧设计方案的轮胎接地印痕形状差异很大；轮胎接地印痕仿真分析精度满足设计需求，可以用于轮胎设计初期的结构优化，有利于提高轮胎性能和节约开发成本。
关键词：轮胎；接地印痕；仿真；胎冠弧设计；成品轮胎性能中图分类号：TQ336.1；O241.82 文章编号：2095-5448（2021）01-0011-04文献标志码：A DOI：10.12137/j.issn.2095-5448.2021.01.0011轮胎是汽车最重要的部件之一，车辆的承载、导向、驱动、加速及制动等性能主要通过轮胎与路面之间的相互作用来实现。
因此研究轮胎与路面之间的接触问题成为轮胎设计过程中必须考虑的因素，而轮胎的接地性能又主要通过接地印痕来体现[1]。
目前国内轮胎企业在产品设计过程中主要通过两种方式获得接地印痕，一是通过静负荷试验对轮胎接地印痕进行拓印，也称为油墨印痕，二是通过压力毯试验。
前者只能获得接地印痕的形状及尺寸等参数，进行简单的主观判断；后者则可以较为精确地得到接地印痕的形状、尺寸以及压力分布曲线。
但这两种方式都只能对成品轮胎的性能进行测试。
随着计算机技术的发展，在轮胎设计的初始阶段，采用有限元方法对轮胎接地印痕进行仿真分析会大幅提高产品开发的效率，同时减少产品研发成本[2-5]。
本工作采用有限元仿真方法对不同胎冠弧设计方案的全钢轮胎进行接地印痕分析，验证接地印痕的有限元仿真精度，并研究胎冠弧设计对接地印痕的影响。
1 研究方法1.1 轮胎接地印痕形状量化轮胎接地印痕形状参数用于定量描述接地印痕的形状，如图1所示。
轮胎接地印痕与设计因素的相关性研究
关键词：轮胎；接地印痕；仿真分析；正交设计；统计分析；权重分析
中图分类号：U463. 341 文献标志码：A
文章编号：1006-8171（2023）03-0138-06 DOI：10. 12135/j. issn. 1006-8171. 2023. 03. 0138
OSID开放科学标识码 (扫码与作者交流)
表4 正交试验设计方案及结果
钢丝带束层 三角胶 三角胶模量/ 锦纶冠带层
角度/（°） 高度/mm
MPa
层数
22
15
15. 6
1. 0
22
15
22. 3
1. 5
22
15
29. 0
2. 0
26
20
15. 6
1. 0
26
20
22. 3
1. 5
26
20
29. 0
2. 0
30
25
15. 6
1. 0
30
25
22. 3
件进行统计分析，得到单因素变量对轮胎接地印痕的影响与试验结果一致；影响接地印痕矩形率的参数权重从大到小依次
为钢丝带束层角度、锦纶冠带层层数、胎体模量、钢丝带束层模量、三角胶模量和三角胶高度，影响胎冠中心与胎肩压力差
的参数权重从大到小依次为钢丝带束层角度、三角胶高度、锦纶冠带层层数、胎体模量、钢丝带束层模量和三角胶模量。
ᣂᣞ
（a）材料分布图
（b）网格划分图 图1 轮胎有限元模型
3 轮胎接地特性仿真分析及正交试验设计 通过试验验证单因素变量对轮胎接地印痕
的 影 响，可 以 得 到 轮 胎 接 地 印 痕 与 设 计 参 数 的 关 联。 在 实 际 工 作 中，由 于 设 计 参 数 的 多 样 性 及 变 量 间 的 交 互 作 用，常 用 正 交 试 验 设 计 并 结 合 有 限 元仿真分析的方法研究轮胎接地印痕问题[8-9]。 3. 1 有限元模型的建立及验证
ABAQUS在轮胎研发中的应用_2006年会
Vertical Load (N)
静负荷特性曲线
接地面积与负荷关系曲线
佳通轮胎
谢谢！
佳通轮胎
应用实例: 胎肩部应力分布优化
初始设计：
最大应力为 1.4MPa
优化设计:
最大应力为 1.0MPa.
佳通轮胎
应用实例: 轮廓优化
Max.=1.09MPa
Max.=0.78MPa
佳通轮胎
Strain Energy of whole model (J)
佳通轮胎
ห้องสมุดไป่ตู้
有限元模拟的接地压力 分布与实测结果的对比
佳通轮胎
利用轮廓优化来改变接地形状和压力分布特征，以达到不同的设计目 标。例如：
相对优点：舒适 性好，噪音低， 排水性能好 相对缺点：操纵 性欠佳，易磨耗
相对优点：操纵 性好，磨耗性能 好 相对缺点：舒适 性、噪音、排水 性能欠佳
兼备两者优 点，综合性 能最佳
LLM M M M SSLSSSSSSLLLLLSM M M SSSM LLLLM M M M LSLLLSSSSSM SSSSLLLLSSSLM M LM M SSSSLLM M M M M M SSSSSSSLLLLSSSSSSLM M M M M M M LSSLSSSSM LLLSSSSM M M LM M SSM M M M M M M LSSSSM LLLLLM M LSSSSSSM LLLSSSSSSSLLLLLLM SSLSSSSM M M M M M
Experience Design Optimal Design
40 30 20 10 0 0.0
优化轮廓
0.2
0.4
0.6
0.8
Inflated Pressure (MPa)
基于ABAQUS的多工况下轮胎接地特性分析
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。
轮胎仿真后处理程序的开发
710 轮 胎 工 业2019年第39卷轮胎仿真后处理程序的开发李亚东1，宁卫明2，葛 超1，罗吉良２，李红卫1[1.特拓（青岛）轮胎技术有限公司，山东青岛266061；2.山东丰源轮胎制造股份有限公司，山东枣庄277300]摘要：以在Abaqus软件中进行的充气轮胎接地印痕有限元仿真为例，开发了专用的后处理桌面程序。
使用该程序进行有限元分析的后处理工作，可以根据需求自动生成分析报告并制作其他分析软件接口的文件，能极大地提升轮胎有限元仿真工作的效率及便捷性。
关键词：轮胎；接地印痕分析；后处理；有限元仿真中图分类号：TQ336.1＋1；O241.82 文章编号：1006-8171（2019）12-0710-03文献标志码：A DOI：10.12135/j.issn.1006-8171.2019.12.0710Abaqus是国际公认的大型通用非线性有限元分析软件之一，广泛应用于机械制造、石油化工、航空航天、汽车交通、土木工程、国防军工、水利水电、生物医学、电子工程、能源、地矿、造船以及日用家电等工业和科学研究领域[1-2]。
Abaqus软件在轮胎行业也有非常广泛的应用，其丰富的材料和单元库为轮胎性能的相关分析提供了非常关键的技术。
由于Abaqus软件的通用性，对于轮胎性能相关分析并没有提供专用的后处理功能，仿真人员在制作自定义的分析报告时，仍需要投入较大的时间成本。
因此本工作以充气轮胎接地印痕仿真为例，提供一种提高Abaqus应用后处理工作效率的程序开发思路。
1 开发工具介绍1.1 Python语言作为目前最流行的开源编程语言之一，Python的简洁性、易用性及高开发效率使其受到越来越多用户的青睐。
Abaqus软件为用户提供了基于Python语言的脚本编程环境，并且在Python原有库函数的基础上进一步扩展，通过调用这些库函数，可绕过Abaqus/CAE界面，直接操纵Abaqus 的内核程序，能够实现快速前处理建模及后处理功能[3-4]。
基于Abaqus软件的轮胎有限元模型建立及仿真分析
124
橡 胶 工 业
2019年第66卷
3. 2 胎肩应力分布 从胎肩应力分布云图上可以直观地分析
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的制高点。国内轮胎企业以及高校和科研院所应 加大相关技术研发力度。
本 工 作 基 于Abaqus软 件 建 立 轮 胎 有 限 元 模 型，对305/75R24. 5全钢载重子午线轮胎的外缘尺 寸、胎 肩 应 力、带 束 层 应 力 分 布、胎 圈 与 轮 辋 接 触 应力分布进行预测分析，以期确保305/75R24. 5全 钢载重子午线轮胎设计的可靠性。
基 金 项 目 ：国 家 重 点 研 发 计 划 项 目（2 0 1 6 Y F C 0 3 0 2 2 0 4）；国 家 重点研发计划项目（2016YFC0302201）；国家自然科学基金资助项 目（41306103）
作者简介：宿晓峰（1989—），男，山东平度人，青岛科技大学硕 士研究生，主要从事机械工程方面的研究。
至 于 模 拟 充 气 过 程 中 气 压 的 加 载，为 了 保 证 计 算 过 程 的 收 敛，本 研 究 设 置 初 始 加 载 气 压 为 0. 01 kPa，求解初始增量步设置为0. 01，然后逐渐 加载至标准充气压力850 kPa，气压方向与轮胎内 壁应始终垂直，Basic选项卡打开nlgeom。由于充 气 过 程 中 轮 胎 要 发 生 较 大 的 变 形，因 此 在 模 拟 过 程中，迭代方法选用Full Newton-Raphason法，分 析选项选用大变形几何非线性。 2. 3 静负荷状态仿真模拟过程
305/75R24. 5载重子午线轮胎的静负荷状态 仿真建模主要是在充气状态仿真模拟的基础上加 入静负荷条件进行的。在完成305/75R24. 5载重 子 午 线 轮 胎 的 充 气 状 态 模 拟 后，将 充 气 状 态 的 仿 真模型通过关键字转换成305/75R24. 5载重子午 线 轮 胎 的 三 维 轴 对 称 模 型，同 时 将 充 气 状 态 的 仿 真 模 拟 结 果 映 射 到 该 三 维 轴 对 称 模 型 中，最 后 引 入 路 面（在 此 可 以 把 路 面 视 为 刚 形 体，不 发 生 形 变）进行静负荷状态的模拟。
基于ABAQUS的子午线轮胎的非线性有限元分析
基于ABAQUS的子午线轮胎的非线性有限元分析一、本文概述随着汽车工业和交通运输业的快速发展，轮胎作为汽车的关键组成部分，其性能与安全性对车辆行驶的稳定性和安全性具有重要影响。
子午线轮胎因其优异的性能，如耐磨、抗爆、抗湿滑等，在现代汽车工业中得到了广泛应用。
然而，子午线轮胎的设计和优化是一个复杂的问题，涉及材料非线性、几何非线性、接触非线性等多种因素。
因此，对子午线轮胎进行精确的非线性有限元分析显得尤为重要。
本文旨在利用ABAQUS这一先进的有限元分析软件，对子午线轮胎进行非线性有限元分析。
我们将介绍ABAQUS软件在轮胎分析中的应用及其优势。
然后，我们将详细阐述轮胎的非线性特性，包括材料非线性、几何非线性和接触非线性等。
接着，我们将介绍如何建立子午线轮胎的有限元模型，包括轮胎的几何建模、材料定义、边界条件设置和接触定义等。
在此基础上，我们将通过具体的案例分析，展示如何利用ABAQUS对子午线轮胎进行非线性有限元分析，并探讨分析结果对轮胎设计和优化的指导意义。
本文的研究不仅有助于深入理解子午线轮胎的非线性特性，为轮胎的设计和优化提供理论支持，同时也为其他类似复杂结构的非线性分析提供了参考和借鉴。
二、ABAQUS软件介绍ABAQUS是一款功能强大的工程模拟软件，广泛应用于各个工程领域的非线性有限元分析。
它以其高效、稳定、精确的特点，成为了工业界和学术界进行复杂结构分析的首选工具。
ABAQUS提供了丰富的材料模型库，支持多种材料类型，包括但不限于金属、塑料、橡胶、复合材料等。
这使得它特别适用于轮胎这种由多种材料组成的复杂结构的分析。
在ABAQUS中，用户可以根据实际需求定义材料属性、设置边界条件、划分网格、选择求解器以及后处理结果等。
特别是在处理轮胎这类橡胶制品的非线性行为时，ABAQUS提供了多种本构模型，如Mooney-Rivlin模型、Yeoh模型等，以准确模拟橡胶材料的应力-应变关系。
ABAQUS还提供了接触算法，用于模拟轮胎与地面之间的摩擦和接触行为。
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带 束 层 裁 断 角 度 减 小，会 增 大 轮 胎 周 向 的 束 缚
力。 分 别 对 比 18°，24° 和 27° 三 个 方 案 接 地 印 痕 的
变化情况，如图4所示。由图4可见，单一调整带束
（c）27°
图4 不同带束层角度的接地印痕
一层缠绕：
肩部缠绕：
图5 冠带层缠绕方式
层角度，接地印痕未达到理想的形状。 （2）冠带层结构。原始方案采用一层冠带层
结 构，缠 绕 方 式 如 图 5 所 示，试 验 得 到 的 接 地 印 痕 形 状 呈 哑 铃 状，故 采 用 冠 带 层 肩 部 缠 绕 结 构 以 改 善印痕中间内凹的现象，如图6所示。
验证了仿真模型的可靠性。
（a）18° （b）24°
CPRESS
＋5.856e－01 ＋5.368e－01 ＋4.880e－01 ＋4.392e－01 ＋3.904e－01 ＋3.416e－01 ＋2.928e－01 ＋2.440e－01 ＋1.952e－01 ＋1.464e－01 ＋9.760e－02 ＋4.880e－02 ＋0.000e＋00
针对此问题，结合Abaqus软件的子程序功能，
第6期
傅相诚等．基于Abaqus的轮胎接地印痕优化分析
331
图2 帘线单元失稳
建立帘线拉伸、压缩材料子程序UMAT，使帘线的
模型更加合理。帘线模量（E）数学模型为
E
=
r 2
arctan_KTfi #
E1
2
E2
+
E1
+ 2
E2
式中，Δε为应变变化量，E1为拉伸模量，E2为压缩模
轮胎骨架材料在充气和加载过程中承受了 大 部 分 负 荷，而 且 在 工 作 状 态 下 主 要 承 受 张 力。 由于胎体帘线和冠带层帘线都是由多股锦纶丝捻 制而成，拉伸状态下能够保持正常的工作状态，但 受 压 缩 后 极 易 松 散。 仿 真 过 程 中，限 于 纤 维 材 料 的 压 缩 模 量 很 难 测 试，故 多 数 仿 真 都 不 定 义 纤 维 材 料 的 压 缩 模 量，导 致 帘 线 模 型 在 仿 真 过 程 出 现 如图2所示的失稳现象，进而导致橡胶单元出现褶 皱，影响仿真的精度[3]。
轮 胎 是 传 递 车 辆 与 路 面 相 互 作 用 的 部 件，轮 胎 的 性 能 直 接 影 响 车 辆 的 乘 坐 舒 适 性、操 控 性 和 安全性。而轮胎的接地印痕直接影响轮胎的干湿 地抓着力、噪声和耐磨性能，因此轮胎的印痕在设 计 过 程 中 十 分 重 要。 在 轮 胎 设 计 初 始 阶 段，采 用 有限元方法对轮胎印痕进行分析能大幅提高产品 开发效率，并且减少研发成本。
二 维 充 气 模 型 中，橡 胶 材 料 的 单 元 类 型 分 别 采 用 CGAX3H 和 CGAX4H，骨 架 材 料 的 单 元 类 型 采用SFMGAX1。三维加载分析中，橡胶材料分别 采用杂交单元C3D6H和C3D8H[2]。为节约计算成 本，有限元模型只考虑轮胎花纹纵沟，简化了花纹 的横沟和细小钢片。 2. 1 骨架材料有限元模型
图3 原始方案接地印痕分析结果
3 有限元优化分析
3. 1 优化方案
接地印痕优化的过程中保证胎侧和胎圈部位
的轮廓不变，主要从带束层角度、冠带层结构和冠 弧尺寸3个方面调整[4]，并要求理想接地印痕下轮
胎的滚动阻力及刚度性能变化在5%以内。主要参
数调整如下。
（1）带束层角度。带束层裁断角度的变化直
接影响着钢丝在周向和截面宽度方向的受力情
关键词：子午线轮胎；接地印痕；有限元分析；结构优化 中图分类号：U463. 341＋. 6；O241. 82 文章编号：1006-8171（2019）06-0330-04 文献标志码：A DOI：10. 12135/j. issn. 1006-8171. 2019. 06. 0330
（3）冠弧尺寸。轮胎的冠弧尺寸对接地印痕 有 着 显 著 的 影 响，减 小 一 段 弧 半 径 能 够 有 效 改 善 印 痕 内 凹 的 现 象，二 段 弧 的 半 径 大 小 很 大 程 度 影 响接地印痕边缘的压力分布。原始设计方案中， 一 段 弧 半 径（R1）为450 mm，二 段 弧 半 径（R2）为
本工作采用Abaqus有限元软件对轮胎接地印 痕进行优化。
1 优化对象 以新开发的165/65R15规格轮胎为研究对象，
根据接地印痕测试标准对首轮试制的轮胎进行接 地印痕测试，结果如图1所示。
图1 原始方案接地印痕 作 者 简 介：傅 相 诚（1986—），男，山 东 青 岛 人，浦 林 成 山（青 岛）工业研究设计有限公司工程师，主要从事轮胎参数化设计及轮 胎性能仿真分析工作。 E-mail：xcfu@prinxchengshan. com
330
轮 胎 工 业
2019年第39卷
基于Abaqus的轮胎接地印痕优化分析
傅相诚，张伟伟，车明明，隋永强
[浦林成山（青岛）工业研究设计有限公司，山东 青岛 266042]
摘要：采用有限元方法研究带束层角度、冠带层结构和冠弧尺寸对轮胎接地印痕形状的影响。结果表明：带束层角度 对接地印痕形状影响较小；采用肩部缠绕的冠带层结构能够很大程度地改善接地印痕内凹的现象；调整冠弧尺寸能够有 效改善接地印痕的压力分布状况；仿真结果与试验结果吻合，接地印痕优化后的轮胎滚动阻力减小。
量，K为经验参数。
2. 2 原方案印痕分析结果
使用建立的轮胎橡胶和骨架材料的有限元
模 型 和 原 始 方 案 的 材 料 分 布 图，对 原 方 案 进 行 有
限元分析，充气压力为250 kPa，径向负荷为4 528
N。接地印痕仿真结果如图3所示。对比发现，接
地 印 痕 的 分 析 结 1 可 见，轮 胎 接 地 印 痕 呈 哑 铃 形，未 达 到 理 想 形 状。 在 制 作 模 具 前 进 行 有 限 元 分 析，优 化 轮胎结构，以达到理想的接地印痕形状。
2 有限元仿真模型 选 用 有 限 元 分 析 软 件 Abaqus 进 行 轮 胎 的 充
气和加载分析。根据轮胎材料及各部件的力学特 性，选用Yeoh本构模型对橡胶材料进行描述，骨架 材料如胎体、带束层以及冠带结构选用Rebar单元 定义[1]。