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Marc模拟汽车轮胎的建模和稳态滚动的方法

作者:Simwe    来源:    发布时间:2013-05-10    收藏】 【打印】  复制连接  【 】 我来说两句:(0逛逛论坛

为方便具有轮胎非线性分析需求的用户熟悉Marc(Marc Mentat)中轮胎建模的方法和流程,针对某汽车轮胎的装配、充气、在路面承受后轮胎的变形和应力分析进行描述。

一、使用Marc Mentat建立轮胎二维轴对称模型模拟装配到轮辋和充气过程

首先根据轮胎的结构和尺寸参数在Mentat中建立下图所示的有限元模型(195/65R15汽车轮胎),用户可以使用Marc Mentat直接创建轮胎截面的几何模型和有限元模型,也可以利用Mentat提供的接口,将其他CAD或CAE软件创建的模型导入到Mentat中进行后续材料参数、边界条件、分析参数等的定义。Mentat提供了多种商用的CAD和CAE软件的接口,具体可以参考Marc用户手册的介绍。本例出示的轮胎模型包括橡胶胎面、带束层、胎冠(tread、base、rubber)以及布帘等加强结构(bead、rebar1、rebar2)。如下图所示:


 

橡胶材料部分可以采用Marc提供的Mooney模型定义,根据实际材料特性输入相应的材料参数即可。Marc Mentat提供了多种模拟橡胶材料的本构模型和实验曲线拟合工具,用户可以根据供应商提供的或实测的该橡胶材料的实验曲线(应力-应变曲线)选择合适的超弹性材料模型进行拟合,并由Mentat自动计算和应用材料参数到模型中。具体步骤可参考Marc用户手册或基础培训教程中的相关介绍。详细内容可参考mar103教程中的介绍.

对于加强材料,这里包括了两类,一类是金属圈bead结构,直接采用各向同性材料本构模型,输入相应的结构材料参数,例如弹性模量、泊松比等即可。另一类加强筋材料采用嵌入式模型(本例中加强筋单元嵌入到rubber基体材料中),用于模拟轮胎橡胶材料中嵌入的布帘和加强筋结构,这些结构可以指定为Marc中的rebar单元来模拟。Marc支持一种基体材料中同时嵌入多层和多种加强筋材料的定义,这些加强筋结构可以分层分布在基体材料不同的厚度处、加强筋的铺设方向、截面积以及数量等均可以根据实际结构定义。

在Marc Mentat中提供了专门用于定义rebar单元的菜单,在定义加强筋的铺层位置和尺寸参数时,Marc Mentat中提供了加强筋材料(material)、指定加强筋铺层时的厚度方向(Thickness Direction)、加强筋相对指定的厚度方向上的位置(Rel.layer position)、每一层每条加强筋的面积(rebar area)、每一层单位长度上加强筋的数量(# rebars length)、加强筋与参考轴所成角度(angle)等参数设置。如下图所示,以rebar1为例。本例采用二维轴对称模型,旋转轴的方向缺省为X轴方向,本例中相对基体材料所铺设的加强筋各层均指定参考相同的铺层厚度方向,即单元边Edge0-->Edge2(下图箭头指向),这里Edge0即为参考轴向,用户可以通过激活View-Plot Control--Elements Settings-Edges Label显示单元边的序号,如下图所示为rebar1对应单元的单元边序号。其中Edge0边为第一边(Mentat中有斜线的边为第一边,同时也是参考轴向,顺着箭头指向的方向依次为第二边、第三边、第四边)。


在rubber基体材料中嵌入了四层加强筋材料,分别为:

1:加强筋材料为capply(各向同性材料本构),铺层在指定厚度方向Edge0-->Edge2(从下向上)90%的位置,加强筋的截面积为1,单位长度上加强筋的数量为1,那么加强筋的等效厚度(加强筋的截面积*单位长度上加强筋的数量)为1*1=1,铺设的角度为90度(垂直于参考轴向即单元边Edge0)

2:加强筋材料为bead(各向同性材料本构),铺层在指定厚度方向Edge0-->Edge2(从下向上)60%的位置,加强筋的截面积为0.4,单位长度上加强筋的数量为1,铺设的角度为70度(与参考轴向即单元边Edge0所成角度)

3:加强筋材料为bead(各向同性材料本构),铺层在指定厚度方向Edge0-->Edge2(从下向上)60%的位置,加强筋的截面积为0.4,单位长度上加强筋的数量为1,铺设的角度为-70度(与参考轴向即单元边Edge0所成角度)

4:加强筋材料为carcasses(各向同性材料本构),铺层在指定厚度方向Edge0-->Edge2(从下向上)40%的位置,加强筋的截面积为1,单位长度上加强筋的数量为2,铺设的角度为0度(平行于参考轴向即单元边Edge0)

rebar1的铺层参数设置

用户在铺层设置完成后,如需确认具体的铺层位置和方向等是否正确,可以在递交分析时通过设置如下选项(Jobs--Properties--Job results--Rebar Verification),将铺层后得到的加强筋材料对应的几何模型写到Mentat模型文件中(jobname_rebar.mud),并在Mentat中直接打开该文件进行确认,如下图为本例中rebar1铺层后加强筋结构的位置。

 
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