车轮横刚度有限元分析
汽车轮胎的有限元阐述
汽车轮胎的有限元阐述有限元分析法在对汽车轮胎力学结构进行分析之时，使研究工作达到了巅峰的阶段，这一分析方法在应用之时把汽车轮胎看作各向异性连接体，轮胎的构造与材质得到了简易的分析，同时能够将与轮胎相关的信息整体地呈现出来，进而完成对起初轮胎性能推测的目标。
目前有限元分析法在轮胎的充气形状和应力、载荷—位移曲线、接地面积和形状、轮胎的滚动阻力以及侧偏特性等方面都得到了广泛的应用，且取得了良好的应用效果。
1 汽车轮胎结构力学非线性有限元分析1.1 建设有限元汽车轮胎模型众所周知，汽车轮胎在地面运行的状态为滚动，在计算量上应用初始构形会产生很多弊端。
而有限元分析法的使用对轮胎模型进行建设之时有效地应用轮胎滚动构性这一参考构形，此时三维实体单元模拟的组成元素为以下种类：轮胎、轮惘及刚性路面；汽车有限元模型的建立健全，把轮胎运动的形式细化为刚体滚动和纯变形两类；而接触单元模拟成为表示轮胎与地面之间的相互作用的效果；胎面花纹沟被省略的同时细化网络将汽车轮胎接触区域周边的面貌呈现出来；三维超弹性模拟应用在轮胎胎面橡胶上；使用三维复合材料单元模拟的对象主要是胎体帘布层、带束层和冠带层；六面体八节点等参元模拟用于建设汽车轮胎结构；对于以上一切的单元，其均具有变形能力强、高硬度的特征。
1.2 对汽车轮胎承载部件受力情况的分析应用有限元分析法对195/651R489H型号的高速轿车子午线轮胎垂直加载这一工作状况下的结构进行分析。
因为汽车轮胎在垂直载荷的作用下，此时轮胎自体与地表接触时不是轴对称这是必然的结果，那么此时与轮胎相接触的地面区域势必会产生复杂多变的应力，且发生无规则的形变。
有限分析法在应用之时发现在接触底的中心轮胎胎体帘布层无应力产生，而当汽车轮胎与接地中心背离之时胎体帘布层受到了拉应力的作用，并且在接触区域的始末端拉应力的数值是最大的；有限元分析法在对汽车轮胎的带束层进行分析之时，发现其并不是在轮胎接地内、外区域均受到拉应力的作用，在接地区域内部其只受压应力，而产生压应力最大的位置依然是汽车轮胎接地区域的中心，并且轮胎第一带束层接地中心的压应力远远小于第二带束层，在接地区域的其他范围内第一、二带束层所受的压应力值基本一致。
轮胎的有限元分析
目录摘要IIIAbstract IV1 绪论 11.1 选题的目的和意义 11.2本课题国内外的研究现状 11.3本课题研究内容 12子午线轮胎特点 22.1 子午线轮胎的结构特点 22.2子午线轮胎的结构分析 23子午线轮胎三维整体有限元模型建立 43.1通用软件简介 43.2单元的选取 53.3 轮胎模型的简化 83.3.1模型建立的要求 83.3.2轮胎模型的简化 93.3.3几何建模 94子午线轮胎静态接触的有限元分析 114.1 有限元分析流程 114.2静态接触的载荷和边界条件的处理 124.2.1轮胎有限元模型的三维非线性 124.2.2轮胎单元材料参数的数值 124.2.3轮胎有限元分析的参数化及模型的自动生成 144.2.4 静态接触的载荷和边界条件的处理 184.3轮胎有限元结果分析 194.3.1静态接触载荷工况 194.3.2轮胎在静态接地状况下的有限元结果分析 205 总结与展望 245.1 总结 245.2 不足与展望 245.3 有限元技术在轮胎和车辆工程中应用展望 24参考文献 25基于ANSYS的汽车轮胎有限元分析研究摘要本文主要基于ANSYS软件非线性分析技术，采用三维体单元和接触单元，建立了子午线轮胎的静态接触状态下的有限元模型并对其进行分析研究。
利用CATIA对子午线轮胎进行几何建模，运用ANSYS软件对其进行有限元分析，定义材料属性和单元属性，考虑接触问题，得到适合研究轮胎特性的有限元模型。
根据轮胎结构特征及单元的特征，利用ANSYS的参数设计语言APDL对分析问题进行参数化，提高效率，便于对同类问题的分析研究。
关键词：ANSYS；子午线轮胎；接触变形； CATIA ； APDLANSYS AND RESEARCH OF MOTOR TYRE BASED ON ANSYSAbstractThis paper mainly performs the analysis and research on the radial tyre based on the non-linear analysis of ANSYS and applied software of ANSYS,using three-demension solid element and contacting element , three-dimension finite element contact model of static radial tyre is built.The geometry model of tire is got in CATIA.A finite element model of radial tire is created in ANSYS.Define material characteristics and element types. The contact problem is considered.We got a proper finite element model for studying tire’s characteristic.According to the tyre structural and element charateristic,APDL is applied for research of the analytic problem so as to increase efficiency,so the resembling analysis will be simplified and done easily.Key words: ANSYS ；radial-tyre ；contact- deformation ；CATIA ；APDL1 绪论1.1 选题的目的和意义轮胎作为联结汽车车身与道路的部件，是影响行驶车辆的操纵稳定性、安全性和平顺性的一个关键因素。
汽车轮毂有限元分析
第二章理论基础与模型建立2.1 有限元技术及UG软件2.1.1 有限元法基本原理计算机辅助工程CAE(Computer Aid2ed Engineering) 指工程设计中的分析计算与分析仿真, 而有限元法FEM( FiniteElement Method) 是计算机辅助工程CAE中的一种, 另外CAE还包含了边界元法BEM(Boundary Element Method) 和有限差分法FDM( Finite Difference Method) 等。
这几种方法各有其优缺点, 各有其应用领域,但有限元法的应用最广。
有限元法是求解数理方程的一种数值计算方法，是将弹性理论、计算数学和计算机软件有机结合在一起的一种数值分析技术，是解决工程实际问题的一种有力的数值计算工具。
有限元是一种离散化的数值方法。
离散后的单元与单元间只通过节点相联系, 所有力和位移都通过节点进行计算。
对每个单元选取适当的插值函数,使得该函数在子域内部、子域分界面上(内部边界) 以及子域与外界分界面(外部边界) 上都满足一定的条件。
然后把所有单元的方程组合起来, 就得到了整个结构的方程。
求解该方程,就可以得到结构的近似解。
离散化是有限元方法的基础。
必须依据结构的实际情况,决定单元的类型、数目、形状、大小以及排列方式。
这样做的目的是将结构分割成足够小的单元,使得简单位移模型能足够近似地表示精确解【13】。
因次它可以对各种类型的工程和产品的物理力学性能进行分析、模拟、预测、评价和优化,以实现产品技术创新, 故已广泛应用于各种力学、电学、磁学及很多结合学科领域; 同时, 由于它能够处理耦合问题, 使得其有更大的应用前景。
你可以从专业的角度理解有限元:包括变分原理、等效积分和加权余量法等, 也可以从直观的意义上理解有限元: 把连续体划分为足够小的单元, 这些单元通过节点和边连接起来,通过选择简单函数(比如线形函数) 来近似表达位移或应力的分布或变化, 从而得到整个连续体物理量的分布和变化【14】。
基于有限元分析的汽车车身强度与刚度优化设计
基于有限元分析的汽车车身强度与刚度优化设计随着汽车工业的高速发展，车身结构与性能的优化设计成为了汽车制造过程中的重要环节。
其中，车身强度与刚度是影响汽车安全性能与舒适性的关键指标。
本文将探讨利用有限元分析方法进行汽车车身强度与刚度的优化设计。
一、引言汽车的车身强度与刚度是保障乘客安全与减少车辆振动的重要指标。
传统的设计方法主要依靠经验和试验，但是这种方法的成本高昂且耗时，无法满足现代汽车制造的需求。
有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）技术因其高效、准确、经济的特点而成为了汽车工程领域中常用的工具。
二、有限元分析在汽车车身设计中的应用有限元分析是一种数值模拟方法，通过将实际结构离散为有限数量的单元，进而计算并预测结构的力学响应。
在汽车车身设计中，有限元分析可以用于确定车身中的应力分布、刚度矩阵和模态分析等相关参数。
1. 车身结构建模在有限元分析中，需要对车身结构进行准确的建模。
根据实际汽车的几何形状和材料特性，可以使用专业的有限元软件进行三维建模，并设置材料参数和边界条件。
2. 力学响应仿真通过给定车身所受到的载荷情况，可以进行强度仿真来评估车身在不同工况下的应力分布。
同时，还可以进行刚度仿真来预测车身在运动过程中的变形情况。
通过有限元分析，可以准确计算车身在各种工况下的应力及变形，并获得相应的结果数据。
3. 优化设计根据有限元分析所得到的结果数据，可以进行车身的优化设计。
通过对车身结构进行调整，如增加加强筋，改变材料厚度等，可以提高车身的强度与刚度性能。
三、汽车车身强度与刚度优化设计的考虑因素在进行汽车车身强度与刚度的优化设计时，需要考虑以下因素：1. 材料选择汽车车身通常采用钢材料，而不同级别的车辆往往选用不同强度的钢材。
在材料选择上，需要平衡强度、造价和安全性能等因素。
2. 结构优化在车身设计中，加强筋的设计是提高车身强度的关键。
通过有限元分析，可以确定加强筋的位置、形状和数量等参数，从而优化车身结构，提高车身整体强度。
车轮刚性及其有限元分析
车轮刚性及其有限元分析作者：黄少兵来源：《中国新技术新产品》2008年第18期摘要：以三维软件进行车轮造型，用I-DEAS建立刚性分析数学模型，对车轮刚性进行分析和处理。
结合其他试验的分析，实现对车轮的优化设计。
关键词：刚性；有限元前言在现代汽车设计中，车轮作为汽车重要的功能件不仅要满足强度及安全性的要求，在刚性方面也提出了更高的要求，以满足汽车乘坐的舒适性和行驶平稳性[1]。
传统的车轮设计只考虑了车轮的强度方面的要求，只要满足冲击、弯曲疲劳和径向疲劳试验的要求即可，对车轮刚性几乎没有考虑。
当车轮的刚性不足时，对整车行驶的平稳性会产生很大的影响，并因此产生振动，不但影响乘坐的舒适性，而且会加剧疲劳损伤，降低车辆的寿命。
现今许多汽车厂越来越重视车轮刚性的研究，车轮刚性反映了车轮在外载荷作用下的抗变形能力。
刚性值越大，车轮的抗变形能力越好。
刚性在车轮设计中已经越来越重要，与弯曲疲劳、径向疲劳、冲击和固有频率一样，成为车轮设计的必须要考虑的重要指标[2]。
1 车轮刚性的计算方法由于各大汽车厂和车轮生产厂研究车轮刚性的时间不是很长，对于车轮刚性的计算方法在业界还没有形成统一的公式，但是其原理基本一致，即车轮刚性反映的是车轮在外载荷作用下的抗变形能力。
通过比较各大汽车厂的标准，结合力学理论中关于刚性的定义，其表达式如公式（1）：K=LXM/δ（1）其中，K为车轮刚性，L为力臂，载荷M=FXL，δ为位移。
所不同的是对于测定点的选取，和评价方法不同。
有的公司直接采用上述公式计算车轮的刚性；有的公司采用对位移大小进行比较，来评价车轮的刚性，从上面的公式可以看出当位移越小时，刚性越大[3]。
当计算方法确定之后，车轮的刚性的测定就可以通过有限元分析和实测得到。
我公司通过用3D设计软件建立车轮的模型，采用I-DEAS软件建立车轮刚性的分析模型，进行位移计算，从而计算车轮的刚性。
从试验的难易程度考虑，我公司一般采用如下的方式进行车轮刚性的试验测量。
半钢子午线轮胎胎面胶配方对轮胎刚度特性影响的有限元仿真分析
半钢子午线轮胎胎面胶配方对轮胎刚度特性影响的有限元仿真
分析
宫亭亭;朱金先;张永锋;徐文龙;王慎平;徐旗;李崇兵
【期刊名称】《轮胎工业》
【年(卷),期】2024(44)5
【摘要】以245/45R18半钢子午线轮胎为研究对象,建立有限元模型,对轮胎胎面胶配方进行正交试验设计,研究配方对轮胎径向刚度、横向刚度、纵向刚度和扭转刚度的影响。
结果表明:胎面胶配方对轮胎扭转刚度的影响最大,其次为纵向刚度、横向刚度,对径向刚度几乎无影响;炭黑N234、白炭黑7000GR和环保芳烃油的用量是影响轮胎刚度的主要因素,轮胎刚度随炭黑N234和白炭黑7000GR用量的增大而增大,随环保芳烃油用量的增大而减小;炭黑N234与白炭黑7000GR呈相互减弱的交互作用,炭黑N234与环保芳烃油、白炭黑7000GR与环保芳烃油为相互增强的交互作用。
【总页数】5页(P263-267)
【作者】宫亭亭;朱金先;张永锋;徐文龙;王慎平;徐旗;李崇兵
【作者单位】浦林成山(山东)轮胎有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TQ336.1
【相关文献】
1.功能性胎面树脂在高性能半钢子午线轮胎胎面胶中的应用
2.石墨烯/废旧轮胎裂解炭黑在半钢子午线轮胎胎面胶中的应用
3.废旧轮胎裂解炭黑在半钢子午线轮胎胎面胶中的应用
4.胎面胶对全钢子午线轮胎滚动阻力影响的有限元分析
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子午斜交轮胎力学性能有限元分析
子午斜交轮胎力学性能有限元分析
有限元分析是一种广泛应用于工程领域的数值计算方法，通过将连续体划分为有限的单元，建立离散的有限元模型，然后采用适当的数学方法求解模型，从而获得所研究对象的力学性能。
在子午斜交轮胎力学性能有限元分析中，可以从以下几个方面进行研究。
首先，可以分析轮胎在负荷作用下的应力和应变分布情况。
子午斜交轮胎中的帘线结构会在外力作用下产生应力和应变，通过有限元分析可以研究不同负荷条件下的胎体变形和应力分布情况，了解胎体在运动过程中的受力情况。
其次，可以研究轮胎在不同地面条件下的接地性能。
子午斜交轮胎的纤维帘线结构可以提供更好的抓地力，有限元分析可以模拟轮胎与地面之间的接触情况，研究轮胎在不同地面条件下的接地性能，如附着力、抓地力等，以帮助轮胎设计和优化。
此外，有限元分析还可以研究轮胎的胎垫变形和刚度特性。
胎垫是轮胎中的一个重要组成部分，它直接影响轮胎的舒适性和操控性能。
通过有限元分析，可以模拟轮胎负荷下胎垫的变形情况，并计算胎垫的刚度，以评估轮胎的舒适性和操控性能。
最后，有限元分析还可以研究轮胎的耐磨性能。
子午斜交轮胎的纤维帘线结构具有较好的耐磨性能，有限元分析可以模拟轮胎与地面之间的摩擦情况，计算轮胎在不同工况下的摩擦力和磨损情况，以评估轮胎的耐磨性能。
综上所述，子午斜交轮胎力学性能有限元分析可以从应力和应变分布、接地性能、胎垫变形和刚度特性以及耐磨性能等多个方面进行研究，为轮
胎的设计和优化提供科学依据。
通过有限元分析，可以详细了解子午斜交
轮胎在不同工况下的力学性能，从而提高轮胎的使用寿命和性能。
轮胎有限元建模过程优化及刚度特性仿真研究
轮胎有限元建模过程优化及刚度特性仿真研究哈斯巴根;朱凌;石琴;张雷【摘要】Reasonable simplification was conducted on the major portions of a vehicle tire model , such as treads ,sidewall ,steel belts and body plies .Meanwhile ,in order to control the influence of geometry and mesh on the solution of the model ,the cross section of the tire was recalculated and redrawn .An FEA model of pneumatic radial tire was then established by combining the beams ,shells and solid elements .The stiffness characteristics of the tire under different road conditions were analyzed by using LS-DYNA software .The effect of the section properties as well as non-linear material and contact features on the simulation accuracy was discussed .The comparative analysis of several models was conducted to improve the accuracy of FEA model .Through the simulation analysis of the tire’s radial and cornering stiffness and the comparison with the test results ,the critical optimization technologies of the finite element modeling of the tire and the key is-sues to improve the accuracy of the modeling were discussed .%文章将轮胎胎面、胎侧、帘线层、子午带束层等主要部分进行合理简化，为控制轮胎外形及其网格精度对模型求解的影响，对轮胎断面曲线尺寸进行合理计算并重新绘制；建立了由一维梁单元、二维壳单元、三维实体单元组合的子午线轮胎有限元模型。
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车轮横刚度有限元分析
1.刚度试验分析流程
1.1创建分析条件
1.1.1导入要分析的轮毂
1.1.2在导入的轮毂安装盘上画轴
画轴的具体步骤和要求同弯曲试验，在安装盘处画一个与安装盘同样大小的圆，并将该圆拉伸值为800mm的轴，并在类型选择joinpartition项如下图所示:
1.2画网格加材料
如下图所示点击”Meshing”进入画网格界面.
1.2.1.加材料
打击下图红框图标进入材料对话框：
右图为材料对话框，单击新建图标进入
创建材料对话框创建材料AL。
具体参数如下
图所示：
同样的方法再新建一个轴的
材料，具体参数如下图：
当创建好两种材料之后，材料框就如
右图所示，再点OK退出。
1.2.2.画网格
a).给轮毂画网格：
按左图顺序点击图标，再
选中轮毂，轮毂变成上图所示
颜色。
再点中键，就出现
“Define Mesh”对话框。
如下
图所示。
注意：上图为轮毂，故材料选择AL，再按Preview预览。
在预览完成后，出现下图对话框，再点击Keep Mesh,就完成轮毂网格的绘制。
b).给轴画网格
方法同轮毂网格，只是材料不同，如下图顺序点击，先选择材料再画网格即可：
1.2.3.检查并修护网格
a).检查网格
按下图顺序点击进入“Element Quality Checks”对话框。
再按下图所示设置，再点新建网格按钮，即可检查网格。
检查完成后出现如下图所示的检查结果，结果显示有453个问题。
b).修护网格
按上图顺序点击，再在界面空白处点击右键，
出现如右图所示菜单条，再选中Use Group,后
出现下图所示菜单条，再单击Output.
在点击Output后，界面变成下图所示，待修护完成后，点击Yes,完成一次修护。
同样的方法再次检查网格，在检查完成之后又一次修护网格，如此反复。
直至当检查网格时出现如下图所示窗口，则表示检查和修护网格完成，可以进入下个步骤了。
1.3.创建边界条件
1.3.1.清除网格显示
单击如右图所示进入边界条件界面
再点击下图图标，进入“FEM display Filter”对话框
在“FEM Display Filter”对话框中，按下图所示顺序，并将”Node”和”Element”前面的勾号取消，再点OK，即可将网格的显示取消。
1.3.
2.创建约束条件
按下图顺序点击，出现选择对话框
在加完约束后，轮毂施加约束的地方就变成
如下图所示：
1.3.3.创建加载条件
a).如下图创建力
b）.下图为选择对话框
C）。
选择轴端面作为施加力的面。
d）. 指定为力的方向：
e). 选择与辐条同向的轴作为施加力的方向，再点击中键回到“Traction on surface”对话框，再在红框内输入施加载荷的力，如下图所示。
施加载荷完成后，轴端面出现了力和力的方向示意图标，如下图所示
1.3.4.创建加载条件
按下“Boundary Condition Sets”图标设置边界条件，
按下图标记顺序进行边界条件设置。
1.4.解算
按如图所示“
Model Solution”进入解算界面
在解算界面中，按下如下图所示图标，创建解算条件。
在按下”创建”后,再按下图所示顺序，即可完成解算条件的创建。
、如右图所示，按下Solve就进行解算了。
注意：解算时间较长，解算前最好先保存。
1.5.后处理
如下图点击就可进入后处理界面
1.5.1.后处理显示
点击下图所示图标就可进入，结果显示的对话框
b).显示应变图
按下图所示顺序点击，即可显示应变图
c）.应变图的变形还原处理:下图为应变图，按下“Underfomed”即可显示取消变形。
d).下图为取消网格显示方法:
将”ElementBorder”前面的勾去除即可。
结果显示如下图所示。
1.5.
2.结果数值注释。
按下图顺序点击，即可进入注释对话框
点中轮毂中应变较大的部位就可显示该部位的应变数值，如下图所示。
从上图中即可读取应变数值并记录该载荷下的数值。
同样的方法重复，将载荷从40KG·M到120KG·M每增10KG·M载荷时，做一次解算并截图记录数值。
试验结果处理：将测得的试验数据填入EXCEL表格，生成刚性曲线，并得出解析式。
2.刚度试验分析举例：
2.1.1 利用公式计算车轮横刚性。
车轮刚性值计算公式
K=Mb×L×0.001（Mb-Ma）/[(δMb-δMa)-(δ2Mb-δ2Ma)]
式中，
δMa——线性特性开始时系统总弹性变形量。
δ2Ma——线性特性开始时负载轴杆的弹性变形。
δMb——Mb负载时系统总弹性变形量。
δ2Mb——Mb负载时负载轴杆的弹性变形量。
Mb——负载弯矩。
Ma——线性特性开始弯矩。
L——负载轴杆加安装面到测定点的长度。
K——车轮横刚性。
注：分析时，试验处于理想状态，故δ2Mb、δ2Ma、Mb和δMb均为零。
部件号：位置：轮辐
轮辋规格：15X5.5 分析日期：
2009-10-20 试验力臂长度（mm)：800
试验机力臂挠度（mm/1000N.m)：0.400
试验数据处理后记录
施加弯距偏移
量说明
施加弯距
偏移
量
轮轴变形
kgf/mm mm N.m mm y=kx+a
K= 0.000988
40 0.392 400 0.392 a= 0
50 0.493 描
绘
线
性
阶
段
曲
线
所
用
数
据500 0.493 δMa→x=1000,y= 0.096
60 0.588 600 0.588 δMb→x=1000,y= 0.988 70 0.687 700 0.687 δ2Ma→x=100,y= 0.040 80 0.782 800 0.782 δ2Mb→x=1000,y= 0.400 90 0.888 900 0.888
100 0.988 1000 0.988 K= 1366 110 1.08 1100 1.08 (kN.m/rad)
120 1.18 1200 1.18
400 0.932
施加弯矩（N.M）偏移量（mm）500 0.493
600 0.588
施加弯矩（N.M）偏移量（mm）700 0.687
800 0.782
施加弯矩（N.M）偏移量（mm）900 0.888
1000 0.988
施加弯矩（N.M）偏移量（mm）1100 1.080
1200 1.180。