ABAQUS帮助文档轮胎磨损例子翻译NewWord文档下载推荐.docx
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Abaqus/Standard
这个例子在Abaqus/Standard中使用自适应网格技术对稳态滚动的轮胎进行建模。
这次分析使用类似“Steady-staterollinganalysisofatire”Section3.1.2来建立稳态滚动轮胎的接地印迹和状态。
接着，进行稳态传输分析来计算和推测持续分析步，在稳态过程中产生一个近似瞬态磨损解。
问题描述和建模
轮胎描述和有限元建模和“Importofasteady-staterollingtire，”Section3.1.6一样，但是有一些不一样，在这里需要指出。
由于这次分析的中心是轮胎磨损，所以胎面建模需要更加精细。
另外台面使用线性弹性材料模型来避免超弹性材料在网格自适应过程中不收敛。
图1所示的是轴对称175SR14轮胎的一半模型。
橡胶层用CGAX4和CGAX3单元建模。
加强层使用带有rebar层的SFMGAX1单元模拟。
橡胶层和加强层之间潜入单元约束。
橡胶层的弹性模量为6Mpa，泊松比为0.49。
剩下的轮胎部分用超弹性材料模型模拟。
多应变能使用系数C10=10^6,C01=0和D1=2*10^8。
用来模拟骨架纤维的刚性层和径向成0°
，弹性模量为9.87Gpa。
压缩系数设置成受拉系数的百分之一。
名义应力应变数据用马洛超弹性模型定义材料本构关系。
Beltfibers材料的拉伸弹性模量为172.2Gpa。
压缩系数设置成拉伸系数的的百分之一。
Belt的纤维走向在轴向±
20°
内。
旋转前面的轴对称一半模型可得到局部三位模型，如图2所示。
我们关注轮胎印迹区域的网格。
将局部模型镜像后可得到完整的三维模型。
自适应网格在轮胎磨损计算中的局限性
在这个例子中使用自适应网格必须严格遵守以下条件：
1、圆柱网格不支持自适应网格并且在本例子也没有使用
2、由于梯度状态变量的变形错误严重，自适应网格使用超弹性材料时表现很差。
因此胎面用弹性材料定义
3、在自适应网格的范围内不能用包含刚性层的嵌入网格。
4、自适应网格通过网格几何特征来决定自适应网格在自由面光滑的方向，网格几何的特征通常不容易和描述的磨损方向一致。
因此，下面将讨论到，通常你需要做额外的工作来明确地描述磨损的方向。
加载
分析分为5个阶段，用轴对称模型开始，以使用symmetricmodelgeneration生成的完整三维模型结束。
前4阶段和“Steady-staterollinganalysisofatire,”Section3.1.2和类似。
1、对称充气：
轮胎内部施加200kpa的压力，中间平面使用对称条件。
2、一半三维接地印迹分析：
轴对称模型沿着对称轴旋转。
3、完整的三维模型接地印迹分析：
一半三维模型镜像生成完整的三维模型
4、稳态滚动：
在稳定速度32km/h车速进行完整模型分析，这是轮胎的滚动速度为25rad/s。
这些条件符合制动工况，本次分析考虑惯性和迟滞作用。
5、胎面磨损分析：
胎面磨损分析在最后一步进行，本次分析轮胎速度保持为一定值，考虑轮胎表面的磨损，使用损耗的摩擦能来计算磨损。
惯性和迟滞同样是本次分析中的考虑因素。
本次分析在车速32km/h的情况下，持续进行3.6*10^6秒，轮胎前进32000公里。
最后的分析为磨损分析，来预测磨损或者面消融，根据稳态侧倾轮胎得到评估。
我们关注由磨损评估结果得到的轮胎外形的改变；
因此我们需要介绍在稳态过程中允许瞬态效果的建模假设。
基本的假设是用当前实时持续的滚动角速度来解释稳态前进分析步。
我们认为在任何时候轮胎滚动时轮胎的磨损造成的轮胎外形变化仅仅有很小的效果。
因此在整个分析步的每一步稳态的结果都是合适的。
有了这些假设，我们就能同时考虑两个不同时间范围的效果：
短的轮胎转动时间范围和长的轮胎寿命时间范围。
磨损模型
为了举例说明磨损的过程，假设磨损率是局部接触压力和滑移率的线性函数，进行一个简单的磨损例子。
尽管我们能计算这些工程量，由于在稳态移动状态下使用欧拉公式，他们必须应用于胎面流线来模拟轮胎周长磨损。
磨损率计算
磨损模型如下：
q是体积损失量或者磨损量；
k是无量纲磨损系数；
H是材料硬度；
P是接触压力；
A是接触面积；
Y是接触滑移率。
在这里我们可以认为用PAy描述摩擦耗损率。
对于轮胎橡胶，我们假设磨损系数k=10^-3，材料硬度H=2GPa。
下面开发的目标是材料的磨损表达式能应用于磨损分析的节点上。
首先，考虑用一条带状物围绕着轮胎，带状物的中心用包含胎面花纹的有序节点来定义。
这条中心线是以和每个节点联系的辅助面的任意一边作为边界。
这样的带状物包含轮胎与路面接触的所有面。
我们认为发生在带状物上的磨损是均匀的；
因此我们用下式表达整个带状物的磨损率，
其中t是时间，x是当前配置位置。
因为我们使用欧拉稳态传输处理，现在表达式可以表示为只依赖于时间的方程，
其中S是沿着流线的位置，T（s）是带状物在S位置的宽度。
我们也可以见表达式q写成局部材料衰减率的函数，
在整个带状物的离散化方程的处理的结果相等，得到
其中h是节点的消融速度，A是节点的接触区域。
这个方程表明沿着带状物h是不均匀的，推导出的结论是带状物进入和离开接地印迹的宽度是不一样的。
然而，因为我们为了维持一个合理的轮胎磨损后的结构，我们假定节点消融的速度是均匀的。
设个假定使得如下表达式成立：
再次假定沿着带状物宽度方向的变化可以忽略，既Ti=T，同时认为节点接触区域，则表达式可以简化为没有接地面积的方程：
磨损过程实现
用曲面消融速度的磨损量方程，现在我们可以在稳态移动分析中应用磨损分析了。
用户子程序UMESHMOTION用来指定轮胎外表面节点的磨损速度向量。
UMESHMOTION用来定义自适应网格约束速度和用来连接自适应网格，每个收敛的增量步之后使用网格光滑技术。
通过子程序指定胎面节点的消融速度，自适应网格技术用来调整橡胶层内部的节点来保持好的网格网格形状。
为了积累沿着每个胎面花纹的磨损量，必须在子程序中记录沿着花纹的节点编号。
使用一个公共模块变量记录，公共模块记录属于集合NADAPT（图4）的节点和那些在整个模型横截面（0°
）的参照点。
普通模块变量同时也包括将模型旋转和镜像后节点的编号方式，和参考截面一起，完整地描述了轮胎表面的节点编号。
如下的变量需要在外部公共模块中定义：
1、nStreamlines:
轮胎磨损分析中整个参考截面的节点数。
2、nGenElem:
在模型中沿着带状物体网格划分的数目。
3、nRevOffset:
通过*SYMMETRICMODELGENERATION,REVOLVE指定节点偏移。
4、nReflOffset:
通过*SYMMETRICMODELGENERATION,REFLECT指定节点偏移。
（如果模型不用镜像，这个参数设置为0）。
5、jslnodes:
在参考截面下所有可能发生磨损的节点的节点信息数组。
这个数组的大小为（2，nStreamlines）。
每个流线的第一个分量是“根节点”的节点编号（节点a在下面讨论），根节点是指在参考截面上细化流线部分的节点。
第二个分量是指提供磨损方向的节点（节点b在下面讨论）。
第二个分量仅仅在胎面的拐角处需要，将他设置成等于在参考截面的节点编号来定义磨损的方向。
对于不在胎面拐角处的节点，第二个分量设置等于0。
那些远离胎面拐角的节点将沿着局部坐标系的3方向进行磨损。
磨损表达式的变量通过函数GETVRN和GETVRMAVGATNODE从分析数据库中获得。
P从变量CSTRESS中获得；
y从变量CDISP中获得；
由带状物的节点坐标决定，从变量COORD中获得。
磨损运动的方向
磨损速率h是网格约束矢量变量ULOCAL的分量。
这个变量通过在局部坐标系ALOCAL中定义的默认网格光滑运动传递到用户子程序中，这个局部坐标系测量出当前节点在曲面的法向。
3的方向根据在节点附近网格表面法向的平均值定义为外法向的方向。
在绝大部分情况下，这个法向方向对于描述和这个方向相反的消融和节点衰减的磨损结果是足够的。
然而，在胎面拐角的区域，这个平均的法向方向不能准确的描述磨损的方向。
这种情况下的法向应该像Figure3.1.8–5所示，它计算如下：
假设a是胎面拐角的节点。
就有可能辨认出在胎面边上的节点b。
在这种情况下，磨损的方向就是矢量ab。
因为知道节点a和节点b的坐标，磨损方向就能通过整体坐标系计算得到，也就能转化为局部坐标系（ALOCAL）的方向。
结果和讨论
轮胎模型仿真分析持续进行3.6×
106s或者1000小时，等价于在32km/h下行驶32000公里。
下图表示的是轮胎磨损效果的轮廓结果。
下面第二个图片表示的是新轮胎和磨损后轮胎接地印迹分布的情况。
3.1.2
Steady-staterollinganalysisofatire
3.1.2轮胎稳态转动分析
产品：
本例子在abaqus中使用*STEADYSTATETRANSPORT来建立转动轮胎和刚性平面之间的稳定动态接触模型。
稳态运动分析使用局部参考坐标系，在这个局部参考坐标系中使用欧拉方法来描述刚性体的旋转运动，用拉格朗方法描述变形。
这个运动学描述将稳态的移动接触问题转化为一个纯粹的依赖于空间的仿真。
因此，仅仅需要在接触的区域建立精确的网格——稳态运动通过网格传输材料。
在*STEADYSTATETRANSPORT分析中考虑的因素有：
摩擦、惯性和累积效果。
本次分析的目的是获得在地面速度10.0km/h（2.7778m/s）时，相对于平面刚性面不用的侧偏角时轮胎175SR14自由转动的平衡解决方案。
侧偏角是指轮胎前进方向和轮胎中心平面的夹角。
在侧偏角为0°
时，轮胎直线行驶。
为了对比测试，我们也进行轮胎在直径在1.5m的刚性圆柱上旋转的分析。
圆柱以3.7rad/s的速度旋转，也就是圆柱表面的瞬时速度为10km/h（2.7778m/s）。
另外一个工况是在轮胎自由转动的情况下检测由轮胎外倾角引起地外倾推力。
本工况允许我们计算外倾推力刚度。
施加到轮胎中心轴的扭矩为0时的平衡状态被称为自由转动状态。
轮胎中心轴的扭矩不为0是的平衡状态被称为驱动或者制动状态。
制动状态：
轮胎的角速度足够小以至于轮胎和路面之间的所有或者部分的接触点发生滑动，同时作用在轮胎上的总扭矩与轮胎自由转动的角速度方向相反。
同样，驱动状态：
轮胎的角速度足够大以至于轮胎和路面之间的所有或者部分接触点放生滑动，同时作用在轮胎上的总扭矩于轮胎自由状态的转动角速度方向一致。
对于同样的地面速度V0，轮胎的在自由转动、驱动和制动时的角速度是不同的。
通常在自由转动状态下轮胎自由转动的角速度和地面速度组合不能预先知道。
因为稳态传送分析能力既需要知道角速度W，也需要知道地面速度V0，自由转动状态必须通过间接地方式来建立。
这种间接建立的方式将在下面举例说明。
一种交互的方式使用子程序umotion控制轮胎角速度同时使用子程序URDFIL来监视求解的过程。
URDFIL子程序根据在每个增量步结束时在轮胎边缘扭矩的数值来评估自由状态。
这种方式将在下面的例子中讲述。
这种轮胎稳态转动有限元分析和实验结果，在1977年已经被Kois
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