abaqus帮助文档中轮胎的例子(2)

2019-08-30 22:29

296.2mm使用轮胎自由半径和轮心高度可以估算出自由转动的角速度在8.78—9.38rad/s之间。更小的角速度引起制动,同时更大的角速度将引起驱动。我们使用角速度等于8rad/s来确保在第一次稳态传送分析步是全制动工况。(所有的接触点都发生滑动,所以接触面总的摩擦力等于uN)。

在用全模型进行第二次稳态传送分析中,当地面速度保持为一个恒定的数时,角速度逐渐增加到10rad/s。因为加载在结构上的瞬时载荷增量步状态都是稳定状态,所以这样能获得制动和驱动的一系列工况。本次分析为我们提供自由转动速度的初步估算。第二个仿真分析(rollingtire_trac_res.inp)围绕第一次自由转动条件执行精细的搜查分析。

在第三个仿真分析(rollingtire_slipangles.inp)中,计算不同侧偏角的自由转动工况。侧偏角是指轮胎前进方向和轮胎中心平面的夹角。在第一步的直线行驶分析中,第一次的仿真分析的自由转动工况带入到静平衡。接着进行*STEADY STATE TRANSPORT分析步,开始时侧偏角为0°,逐渐增大到最后的3°,这样就得到一系列不同的侧偏角工况。通过在*MOTION,TRANSLATION选项中指定一个运动速度的矢量Vx=V0cos(ct)和Vy=V0sin(ct)来实现侧偏角的定义,本例中在第一风稳态传输分析ct=3°。

第四个仿真分析(rollingtire_materialhistory.inp)包含考虑材料历史影响的一系列制动和驱动的稳定工况。

第五个仿真分析(rollingtire_camber.inp)中,在自由转动条件下分析在轮胎接地点分析外倾角对侧向推力的影响。

在本例的最后一个仿真分析(rollingtire_drum.inp)中考虑轮胎和一个刚性圆柱接触。加载的顺序和第一个仿真分析的加载顺序一样。然而,这次分析的轮胎的移动速度为0,使用*TRANSPORT VELOCITY选项设置刚性圆柱体的的参考点的旋转速度。因为一个指定的载荷添加到刚性圆柱的参考点上来建立于轮胎之间的接触,所以分析之前是不知道圆柱体的中心轴的。如果使用*TRANSPORT VELOCITY选项来定义角速度,abaqus将自动更新旋转轴当前的位置。刚性面的转动速度也能通过*MOTION, ROTATION选项来进行定义。在这中情况下,旋转轴必须在稳态配置中通过数据行来定义位置和方向,因此这些必须在分析前知道。旋转轴的位置和方向在分析步开始时就建立,并且在分析过程中保持不变。当圆柱的半径比轴向的位移大很多时,就像本例中的一样,在原始配置中定义轴对结果的精度不造成影响是合理的定义。

结果与讨论

Figure3.1.2-1和Figure3.1.2-2显示轮胎不同角速度是平行于地面的反作用力(被称作滚动阻力)和扭矩。两个图片进行了轮胎和刚性平面和刚性圆柱接触的对比。图片显示表明直线自由转动T=0,发生在转动角速度接近9rad/s。全制动发生在角速度小于8rad/s位置,全驱动动发生在角速度大于9.75rad/s位置。在这些角速度位置所有的接触点都发生滑移,滚动阻力达到极限值uN。

Figure3.1.2-3和figure3.1.2-4表示轮胎在刚性平面上转动情况下自由转动工况和全驱动工况下沿着轮胎面中心线的剪切应力。沿着轮胎中心线的距离用相对于通过轮胎轴线平行于地面的平面形成的夹角表示。短划线是能通过表面传输的极限剪切应力UP,p是接触压力。图示说明全驱动过程中所有的接触点都发生了滑移。在自由转动过程中,所有的接触点都没有发生滑移。

通过使用rollingtire_brake_trac.inp产生的结果,产生了一个更接近的自由转动角速度,精确搜索得到的角速度为9rad/s。rollingtire_trac_res.inp文件从前面的直线行驶转动分析的第三个分析步的第八个增量步进行重启分析(与角速度为8.938rad/s一致),得到更加精确的搜索解为9.04rad/s。figure3.1.2-5表示用精确搜索计算的轮胎轴的扭矩,一个更加的精确的轮胎自由转动工况的角速度值接近9.022rad/s。在不同侧偏角工况计算时需要用到这个结果。

Figure3.1.2-6表面在不同侧偏角下测量得到的轮胎侧向力。图片进行了稳态传输分析和使用纯粹拉格朗分析结果的对比。拉格朗求解方案通过使用absqus/explicit执行显式动力学分析(在―Import of a steady-state rollingtire,‖ Section 3.1.6中讨论)。运用这种分析技术,一个特定的运动速度被施加于在刚性平面上转动的轮胎上。因为需要获得多于一圈的稳态配置,整个圆周的网格需要划分的更好;因此,在本例中拉格朗方法比稳态方法代价更加昂贵。图示表明两种方法计算的结果表现很好的一致性。

Figure3.1.2-7用自由转动工况有无材料历史效果进行对比。在上图的实线代表滚动阻力;虚线代表扭矩轮胎轴扭矩。图片表明包含材料历史效果时自由转动发生在更加低角速度下。有关于材料历史的影响,更加详细的介绍请看―Steady-statespinning of a disk in contact with a foundation,‖Section 1.5.2 of the Abaqus Benchmarks Manual。

Figure3.1.2-8表示外倾推力关于外倾角的曲线。在外倾角和侧偏角为0时的侧向力被称为ply-steer,在轮胎中由于分离belt的相对距离引起的不对称产生侧向力。离散化接地印迹的原因是曲线有非光滑的性质,整体的外倾刚度为44N/degree是合理地接近预期的水平。

Figure3.1.2-9表示使用子程序UMOTION装载轮胎边缘的扭矩和转动速度,基于用户子程序

URDFIL预测自由转动的速度。当轮胎边缘的扭矩在误差范围内接近于0时,稳定住转动角速度后分析步完成。开始的时候,当自由转动的速度估计大于当前转动速度的指定的误差时,转动角速度的增量步设置得很小。Msg文件包含预测的自由转动速度和增量步等信息。因此自由转动的角速度为9.026rad/s。


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