一種基于沖擊強度仿真分析的鋁車輪總成設計方法技術

本發明專利技術涉及一種基于沖擊強度仿真分析的鋁車輪總成設計方法，建立一種仿真的鋁車輪總成模型和沖擊強度試驗，驗證鋁車輪總成的設計方案。第一步：測量輪胎和鋁車輪材料的材料特性；第二步：建立輪胎和鋁車輪的三維模型；第三步：建立橡膠和鋁車輪的三維網格，建立帶束層、胎體和鋼絲圈的二維網格；第四步：建立輪胎氣壓模型，并將輪胎、空腔、鋁車輪連結；第五步：輸出參數設置；第六步：施加沖擊試驗的邊界條件和載荷定義，進行顯式求解計算；第七步：結果分析與設計優化。本發明專利技術可縮短鋁車輪總成開發周期，避免由于前期設計缺陷造成后期設計更改的巨大成本損失，提高產品的可靠性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于底盤行駛系統領域，具體涉及一種基于沖擊強度仿真分析的鋁車輪總成設計方法。
技術介紹
近年來我國道路交通事故造成了嚴重的人員傷亡和財產損失，而且還在呈逐年上升趨勢。在影響道路交通安全的諸多因素之中，鋁車輪總成沖擊強度是否滿足極端工況要求是引發交通事故的一個重要原因。而且能否滿足國標沖擊試驗是汽車能否上市的門檻之一。當汽車在高速行駛中，遇到路面障礙物，來不及避讓，使輪胎和鋁車輪受到較大沖擊。為了規避鋁車輪總成的設計缺陷，在前期設計過程中很好的預測鋁車輪總成的沖擊強度尤為重要，目前都是采用實物輪胎加鋁車輪，通過臺架沖擊試驗來評價鋁車輪總成的沖擊強度，然而設計物理樣件制作周期長，導致整車開發周期延長，同時設計物理樣件成本昂貴，加大了開發成本。更為關鍵的是，鋁車輪總成一般是按照重量計算成本，如何在滿足安全性能的前提下做到輕量化，這種試驗方法無法解決此問題。目前在汽車企業和鋁車輪生產企業中，對沖擊的計算往往只考慮鋁車輪，而不考慮輪胎，并將沖擊過程簡化為靜態加載的方式進行；有些企業選擇一個動態因子結合靜態分析來考慮計算，此兩種方法均不能合理的考慮輪胎對沖擊的影響。
技術實現思路
本專利技術針對現有技術的不足，提供了一種基于沖擊強度仿真分析的鋁車輪總成設計方法。通過建立一種仿真的鋁車輪總成模型和沖擊強度試驗，驗證鋁車輪總成的設計方案，進而完成設計方法的選擇和優化。為了解決上述技術問題，本專利技術的技術方案是：一種基于沖擊強度仿真分析的鋁車輪總成設計方法，具體實施步驟如下：第一步：測量輪胎橡膠材料超彈性模型的力學材料參數；測量帶束層的力學材料參數、測量帶束層一束尼龍線的間距和面積、測量帶束層一束鋼絲的間距和面積；測量胎體聚酯的力學材料參數、測量胎體一束聚酯線的面積和間距；測量鋼絲圈的力學材料參數及鋼絲的面積和鋼絲之間的間距；測量鋁車輪材料的力學材料參數和應力應變曲線；第二步：根據輪胎斷面，測量輪胎在與鋁車輪裝配狀態下，橡膠本體、帶束層、胎體、 鋼絲圈的幾何數據，建立輪胎三維模型；根據鋁車輪的幾何數據生成鋁車輪三維模型；第三步：利用第二步得到的輪胎及鋁車輪三維模型，建立橡膠三維網格、建立帶束層、胎體和鋼絲圈的二維網格，建立鋁車輪三維網格；第四步：利用第一步和第三步，建立帶束層、胎體和鋼絲圈的材料屬性，橡膠的材料屬性，兩者聯合建立簾線-橡膠復合結構工程化表征輪胎實際結構，建立空腔結構表征輪胎氣壓。并將輪胎、空腔、鋁車輪連結；第五步：利用第四步得到的模型，輸出INP實現簾線-橡膠復合結構模型耦合連接、試驗胎壓、熱熔、空氣常數，空氣壓強、接觸摩擦系數等參數設置；第六步：利用第五步得到的模型，施加沖擊試驗的邊界條件和載荷定義，進行顯式求解計算；第七步：結果分析與設計優化；其中，所述鋁車輪總成包括輪胎和鋁車輪；所述輪胎三維模型是利用HyperMesh軟件在ABAQUS模板下生成；所述鋁車輪三維模型在HyperMesh軟件ABAQUS模板下生成車輪三維模型；所述束層、胎體和鋼絲圈的材料屬性通過REBAR模型建立；所述橡膠的材料屬性通過Mooney-Rivlin模型建立；所述輪胎氣壓通過FLUID CAVITY模型建立空腔結構進行表征；所述顯式求解計算是通過ABAQUS軟件完成的。與現有技術相比，本專利技術的有效增益在于：一是參照實際的鋁車輪總成進行物理參數測量和采集,利用簾線-橡膠復合結構工程化的考慮了真實的輪胎結構。二是用空腔模型真實的表征了輪胎的胎壓對車輪總成剛度的影響。三是用顯式動態計算的方法綜合考慮了實際沖擊中的材料非線性、幾何非線性、邊界非線性問題，模擬了輪胎的力學性能，從而在ABAQUS軟件中達到了開展鋁車輪總成沖擊強度仿真的目的，真實的再現了沖擊試驗。在設計階段便可以準確預測沖擊工況下鋁車輪總成的沖擊強度并提出優化改進方案，縮短了開發周期，避免由于前期設計缺陷造成后期設計更改的巨大成本損失，提高產品的可靠性。附圖說明圖1是本專利技術的流程圖；圖2是鋁車輪總成空腔模型圖；圖3是鋁車輪總成沖擊模型圖；其中，1為輪胎橡膠、2為帶束層頂層、3為帶束層中間層、4為帶束層底層、5為胎體、6為空氣、7為鋼絲圈、8為鋁車輪、9為沖頭。具體實施例下面根據圖1-3給出本專利技術的實施例，并予以做進一步的詳細說明。本實施例在以本專利技術技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式。本專利技術在建模之前，首先參照實際的鋁車輪總成進行物理參數測量和采集；然后根據采集到的物理參數在建模軟件中對鋁車輪總成進行模型建立；再完成沖擊試驗的模型建立，模擬沖擊試驗效果；最后根據模擬沖擊試驗得到的數據，對鋁車輪總成的結構方案進行優化改進。圖1為本專利技術的實施流程圖，具體步驟如下：第一步：測量輪胎橡膠材料超彈性模型的力學材料參數；測量帶束層的力學材料參數包括彈性模量、泊松比、密度等，以及測量帶束層一束尼龍線的間距和面積、測量帶束層一束鋼絲的間距和面積；測量胎體聚酯的力學材料參數包括彈性模量、泊松比、密度，以及測量胎體一束聚酯線的面積和間距；測量鋼絲圈的力學材料參數及鋼絲的面積和鋼絲之間的間距；測量鋁車輪材料的力學材料參數和應力應變曲線；第二步：根據輪胎斷面，包含橡膠本體、帶束層、胎體、鋼絲圈的幾何數據，利用HyperMesh軟件在ABAQUS模板下生成輪胎和鋁車輪的三維模型。第三步：利用第二步得到的輪胎及鋁車輪三維模型；建立橡膠三維網格選擇C3D8R單元；建立帶束層、胎體二維網格，選擇SFM3D4R單元；建立鋁車輪三維網格，選擇C3D4單元；建立鋼絲圈二維單元，選擇SFM3D4R單元。在輪胎與鋁車輪組成的封閉區域劃分網格來定封閉氣囊模擬輪胎的氣壓。第四步：利用第一步、第二步和第三步，在HyperMesh軟件ABAQUS模板下，建立簾線-橡膠復合結構工程化表征輪胎實際結構，其中胎體、帶束層和鋼絲圈賦予REBAR模型定義的材料屬性和材料參數；橡膠賦予Mooney-Rivlin模型定義的超彈性材料屬性和參數；利用車輪外表面和輪胎內表面建立空腔網格結構表征輪胎氣壓，空腔單元賦予FLUID CAVITY模型定義材料屬性和材料參數。并將輪胎、空腔、鋁車輪三種連結。第五步：利用第四步得到的模型，輸出INP文件，在INP文件中用*Embedded Element 實現帶束層、胎體、鋼絲圈和輪胎橡膠的簾線-橡膠復合結構的耦合；用*FLUID CAVITY實現空腔和胎壓的初始壓強的定義；用*PHYSICAL CONSTANTS實現空氣參數定義；用*Initial Conditions實現試驗胎壓的定義和沖擊初速度定義；用*Contact實現輪胎和鋁車輪之間接的組合連接；用*MASS實現沖頭質量的定義最終實現的有限元模型。第六步：在ABAQUS軟件進行顯式求解計算。第七步：結果分析與設計優化。根據模擬沖擊試驗得到的數據和曲線圖，分析鋁車輪總成的靜態性能和動態性能，判斷鋁車輪總成的設計是否滿足國家標準或實際用途，若判斷鋁車輪總成不符合標準，則更進一步分析判斷影響因素，提出優化方案進而改良鋁車輪總成的結構或尺寸。以上內容是結合具體的鋁車輪總成沖擊強度建模案例對本專利技術所作的詳細描述，是為了便于相關技術人員理解和應用本仿真分析方法，不能認定為本專利技術的具體實施情況僅局限于這些描述。任何熟悉本領域的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于沖擊強度仿真分析的鋁車輪總成設計方法，其特征在于：所述鋁車輪總成包括輪胎和鋁車輪，鋁車輪總成設計方法如下：第一步：測量輪胎橡膠材料超彈性模型的力學材料參數；測量帶束層的力學材料參數、測量帶束層一束尼龍線的間距和面積、測量帶束層一束鋼絲的間距和面積；測量胎體聚酯的力學材料參數、測量胎體一束聚酯線的面積和間距；測量鋼絲圈的力學材料參數及鋼絲的面積和鋼絲之間的間距；測量鋁車輪材料的力學材料參數和應力應變曲線；第二步：根據輪胎斷面，測量輪胎在與鋁車輪裝配狀態下，橡膠本體、帶束層、胎體、鋼絲圈的幾何數據，建立輪胎三維模型；根據鋁車輪的幾何數據生成鋁車輪三維模型；第三步：利用第二步得到的輪胎及鋁車輪三維模型，建立橡膠三維網格、建立帶束層、胎體和鋼絲圈的二維網格，建立鋁車輪三維網格；第四步：利用第一步和第三步，建立帶束層、胎體和鋼絲圈的材料屬性，橡膠的材料屬性，兩者聯合建立簾線?橡膠復合結構工程化表征輪胎實際結構，建立空腔結構表征輪胎氣壓。并將輪胎、空腔、鋁車輪連結；第五步：利用第四步得到的模型，輸出INP實現簾線?橡膠復合結構模型耦合連接、試驗胎壓、熱熔、空氣常數，空氣壓強、接觸摩擦系數等參數設置；第六步：利用第五步得到的模型，施加沖擊試驗的邊界條件和載荷定義，進行顯式求解計算；第七步：結果分析與設計優化。...

【技術特征摘要】
1.一種基于沖擊強度仿真分析的鋁車輪總成設計方法，其特征在于：所述鋁車輪總成包括輪胎和鋁車輪，鋁車輪總成設計方法如下：第一步：測量輪胎橡膠材料超彈性模型的力學材料參數；測量帶束層的力學材料參數、測量帶束層一束尼龍線的間距和面積、測量帶束層一束鋼絲的間距和面積；測量胎體聚酯的力學材料參數、測量胎體一束聚酯線的面積和間距；測量鋼絲圈的力學材料參數及鋼絲的面積和鋼絲之間的間距；測量鋁車輪材料的力學材料參數和應力應變曲線；第二步：根據輪胎斷面，測量輪胎在與鋁車輪裝配狀態下，橡膠本體、帶束層、胎體、鋼絲圈的幾何數據，建立輪胎三維模型；根據鋁車輪的幾何數據生成鋁車輪三維模型；第三步：利用第二步得到的輪胎及鋁車輪三維模型，建立橡膠三維網格、建立帶束層、胎體和鋼絲圈的二維網格，建立鋁車輪三維網格；第四步：利用第一步和第三步，建立帶束層、胎體和鋼絲圈的材料屬性，橡膠的材料屬性，兩者聯合建立簾線-...

【專利技術屬性】
技術研發人員：龍弟德，曾小利，
申請(專利權)人：重慶長安汽車股份有限公司，
類型：發明
國別省市：重慶;50