滾動橡膠輪胎的模態(tài)仿真

一、寫在文前

滾動輪胎模態(tài)仿真實際上是在輪荷加載的基礎之上的重啟動分析。輪胎在穩(wěn)態(tài)滾動過程中,會受到預加載荷、慣性力以及輪胎和地面的摩擦力的影響,這些力會對整個系統(tǒng)的剛度矩陣和阻尼矩陣產(chǎn)生影響,導致非對稱性。故不能采用常規(guī)方法對動力學方程進行解耦,必須用復模態(tài)來解耦，所以滾動輪胎的模態(tài)仿真其實是復模態(tài)的的提取。

在abaqus的穩(wěn)態(tài)滾動中,輪胎實際上是不滾動的,只是內(nèi)部材料的流動（歐拉-拉格朗日法）。在提取復模態(tài)之前,必須保證輪胎滾動的轉速和線速度相匹配，故需先進行roll tire仿真調試：

roll tire計算中，先給定輪胎線速度、轉動角速度然后提取輪胎輪心的力矩M,當輪胎穩(wěn)態(tài)滾動的時候, 輪胎輪心的力矩M應該為0。在實際操作中,需要不斷的調節(jié)定義的ω值,使最終繞Y向的力矩M在[-10,10]之內(nèi)。

進行roll tire計算時，首先進行step1二維輪胎充氣仿真計算，然后進行step2rev旋轉3D輪胎生成及輪荷加載計算，在此基礎上進行Free roll計算Inp文件的編寫，進行計算，查看輪胎輪心的力矩M判斷輪胎是否處于穩(wěn)態(tài)滾動狀態(tài)。下圖為step1.inp以及step2rev.inp運行結果圖：





二、rolltire計算

step3roll_tire.inp文件編寫如下:

*HEADING（重啟動分析） Step3: roll_tire from step2rev.inp*RESTART,READ*STEP,INC=500,NLGEOM=YES,UNSYMM=YES（幾何非線性打開；非對稱打開）4: roll_tire at 60km/h*STEADY STATE TRANSPORT,LONG TERM,INERTIA=YES（動態(tài)分析，不考慮粘塑性影響，慣性打開） 0.5, 1.0, 1E-6, 1.0*TRANSPORT VELOCITY（初始角速度=V/r） TIRE-RIM,57.0776*MOTION,TYPE=VELOCITY,TRANSLATION（線速度V） NODE_TIRE,1, （方向為1）,16666.67（60公里每小時化為毫米/S）*CHANGE FRICTION,INTERACTION=SRIGID（改變摩擦系數(shù)）*FRICTION,SLIP=0.02 1.0*NODE PRINT,FREQ=1*EL PRINT,FREQ=1*OUTPUT,HISTORY,FREQ=1*NODE PRINT,FREQUENCY=999,NSET=TIRE-RIM RF, （輸出輪心的力矩）*END STEP

將上述所編寫的inp文件命名為step3roll_tire.inp并保存至step2rev.inp運算結果所在文件夾，在文件夾空白處單擊右鍵選擇“在此處打開命令窗口”，輸入:

abaqus job=step3roll_tire  oldjob=step2rev int cpus=4

點擊回車運行

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計算完成后可出現(xiàn)以下幾個文件：

?

其中： 提交計算文件的語法錯誤信息在.dat文件中查看； 提交計算文件的計算步長在.sta文件中查看； 所得計算結果的.odb文件可在Hyper view或Abaqus中查看；

因我們需要的是輪胎輪心的力矩M：

?

故用UE打開step3roll_tire.dat文件查看NODE OUTPUT： 因我們需要的是繞Y向的力矩M（RM2）在[-10,10]之內(nèi)，這時才算穩(wěn)態(tài)滾動，而輸出值RM2為-9.5877E 05故需調整ω值,使最終繞Y向的力矩M在[-10,10]之內(nèi)。在此大家自己調試即可。

?

三、滾動輪胎模態(tài)提取

在ABAQUS/STANDARD中,復模態(tài)的提取采用子空間投影法,而且在復模態(tài)提取之前,一般先進行具有對稱剛度矩陣的無阻尼系統(tǒng)的特征值和特征模態(tài)計算。

滾動輪胎模態(tài)提取inp文件編寫如下：

*HEADING
 Step4:Caculation complex mode from step3roll_tire.inp
*RESTART,READ
*STEP,PERTURBATION
5:static modes analysis
*FREQUENCY,EIGENSOLVER=LANCZOS,NORMALIZATION=DISPLACEMENT（實模態(tài)提?。?,0.1,300.,,,
*ACOUSTIC FLOW VELOCITY,ROTATION（定義流體聲腔的角速度）
 NODE_AIR,57.0776
*BOUNDARY,OP=NEW
 ROAD,1,6（路面全約束）
*END STEP
**
*STEP,NLGEOM=YES
 6:Complex modes analysis,spindle free
*COMPLEX FREQUENCY,FRICTION DAMPING=YES,PROPERTY EVALUATION,NORMALIZATION=DISPLACEMENT（復模態(tài)提?。? ,
*ACOUSTIC FLOW VELOCITY,ROTATION
 NODE_AIR,57.0776
*END STEP

將上述所編寫的inp文件命名為step4rolltire_mode.inp并保存至step3roll_tire.inp運算結果所在文件夾，在文件夾空白處單擊右鍵選擇“在此處打開命令窗口”，輸入：

abaqus job=step4rolltire_mode oldjob=step3roll_tire int cpus=4

點擊回車運行

?

計算完成后可出現(xiàn)以下幾個文件：

?

其中：

提交計算文件的語法錯誤信息在.dat文件中查看；

提交計算文件的計算步長在.sta文件中查看；

所得計算結果的.odb文件可在Hyper view或Abaqus中查看；

現(xiàn)用UE打開step4rolltire_mode.dat文件可得滾動輪胎的實模態(tài)頻率如下：

?

復模態(tài)頻率如下：

?

（注：step4rolltire_mode.inp是基于上文step3roll_tire.inp進行運算的，沒有進行ω值的調試，故上復模態(tài)頻率不作為參考依據(jù)，下只呈現(xiàn)實模態(tài)振型云圖，大家可后續(xù)進行ω值的,使繞Y向的力矩M在[-10,10]之內(nèi)再進行復模態(tài)頻率的提?。?/p>

在Abaqus中打開step4rolltire_mode的ODB文件可得：

審核編輯：劉清