带花纹轮胎仿真模型建立及影响因素研究

姜洪旭，王海艳，刘昌波

[1.浦林成山（青岛）工业研究设计有限公司，山东 青岛 266011；2.浦林成山（山东）轮胎有限公司，山东 荣成 264300]

自20世纪70年代有限元方法开始在轮胎设计中得到广泛应用[1]，但由于花纹结构的复杂性和计算机能力的限制，长期以来轮胎仿真没能将胎面花纹考虑进去，直到2000年才出现有关带花纹轮胎抗湿滑性能的仿真研究[2]，之后出现了涉及轮胎六分力、雪地性能和耐磨性能的仿真研究[3-5]。

国内研究人员采用子模型和组合模型技术实现了轮胎花纹静负荷接地性能仿真，其仿真结果与试验结果十分接近，并在此基础上开展了轮胎花纹对轮胎内部受力以及带花纹轮胎的稳态滚动和显示滚动的研究[6-7]。由于轮胎花纹结构复杂，使得原来就很复杂的轮胎有限元仿真更加困难，自从Meschke和Shiraishi使用组合模型技术（即将花纹与轮胎其他部分分开建模，如图1所示）以来，该技术一直沿用至今。

有限元网格质量关系到模型的收敛性和计算精度，获得较高的网格质量是轮胎花纹有限元建模的一个挑战。目前主要有两种轮胎花纹有限元建模方法。一种是基于映射和拉伸，将网格划分好的花纹展开图通过坐标变换得到轮胎花纹有限元分析模型。其优点是网格质量能得到保证，建模效率较高，缺点是花纹模型有些失真。另一种是应用CATIA和UG等三维造型软件完成轮胎花纹几何建模，然后用Hypermesh进行网格划分。其优点是可以保证花纹几何形状的真实性，缺点是过程比较繁琐。……