淺談基于rebar單元的航空輪胎模型建立與分析論文

　　航空輪胎是飛機起落架的主要組成部分，擔負著飛機起飛、著陸和滑行的關鍵作用，也是飛機起降時唯一直接接地的部件。相對于地面汽車輪胎來說，航空輪胎速度高、負荷大、充氣內壓高的使用特點決定了其必須承受比其他類型輪胎更苛刻的考驗。本工作以H44.5×16.5-21型航空輪胎為研究對象，利用有限元分析方法，對航空輪胎進行仿真分析，研究其各項力學特性，可用于航空輪胎的結構設計與性能優(yōu)化。

　　1 航空輪胎的建模

　　1.1 模型的簡化

　　航空輪胎的結構及其力學特征非常復雜，建立有限元分析模型時，要綜合考慮輪胎的材料非線性、幾何非線性、接觸非線性，這樣會導致計算非常復雜。因此，在實際要求允許的情況下，可以對輪胎模型進行簡化，以期在收斂的結果下盡量得出輪胎在充氣載荷下的真實變形情況。

　　1)輪胎在充氣、受載荷的過程中整體受力情況是軸對稱的，因此在進行有限元分析時，為了簡化分析和計算過程，取斷面的一半進行分析，也便于后期計算的收斂。

　　2)對于輪胎充氣過程的模擬，采用二維軸對稱模型不但可以反映工況特點，而且還節(jié)約了建模及計算時間。

　　3)在建立二維軸對稱模型時，簡化了輪胎結構的一些細節(jié)，比如胎面花紋，因為它對充氣作用下輪胎分析結果影響不大。

　　4)航空輪胎中的胎體簾布層均是簾線橡膠復合材料，其性能呈現明顯的各向異性。

　　采用加強筋(rebar)模型。加強筋模型是將加強筋部分和基體部分由加強筋單元和實體單元來表示，即在基體單元中包括一層或更多層不同方向的帶束層�；�體單元和加強筋單元用的是相同的節(jié)點，沒有引入附加自由度，不增大計算規(guī)模。

　　在ABAQUS中有2 種方法定義rebar單元：一種是直接將rebar單元定義在橡膠實體單元內;另一種是先將rebar單元定義在面單元上，再將面單元嵌入到相應的橡膠實體單元內。本研究采用第二種方法。

　　1.2 單元類型的選擇

　　模擬中單元類型的選擇依據：

　　1)作為典型的非線性超彈性材料，橡膠具有不可壓縮或近似不可壓縮的特點，當承擔一定的負荷時，橡膠的變形會很大，而其總體積卻不會增大，因此不能通過唯一節(jié)點的特性來計算橡膠所受的應力大小，所以選擇雜交單元來模擬，它具有對附加自由度的應力計算;

　　2)在接觸計算中，輪胎對單元的選擇很嚴格，因此選取用四邊形單元(二維空間)來模擬;

　　3)摩擦接觸計算中容易出現局部單元扭曲問題。與二階單元相比，線性單元能更好地對局部單元的扭曲進行模擬，因此選擇線性單元;

　　4)由于線性減縮積分單元在進行輪胎分析時，其精度不如完全積分單元精度高，因此不選減縮積分單元;

　　5)簾布層的簾線方向與輪胎子午線方向呈一定角度，輪胎會發(fā)生繞旋轉軸的扭轉變形，所以應選擇扭曲單元。

　　綜上所述，所選擇的單元類型為：平面軸對稱模型中橡膠基體tire單元用CGAX4H(4節(jié)點、雙線性、扭曲、完全積分、常壓力雜交實體單元)和CGAX3H(3節(jié)點、雙線性、扭曲、完全積分、常壓力雜交實體單元);rebar單元選SFMGAX1(2節(jié)點、線性、扭曲、軸對稱膜單元)。

　　1.3 輪胎有限元模型的建立

　　通過單軸拉伸試驗測得單一材料的應力應變曲線，Yeoh模型對較復雜的變形狀態(tài)具有良好的預報能力，因此選用Yeoh模型進行曲線擬合。H44.5×16.5-21型航空輪胎的二維模型�？偣采�成節(jié)點6 129個，單元5 942個。其中包括

　　2 輪胎的有限元分析結果

　　2.1 位移分析

　　輪胎充氣后的變形圖。充氣結束后實測所得斷面寬為408mm，外直徑為1 122mm。胎冠部分向外突出最明顯，最大位移出現在胎冠處，胎側處稍微往里收縮，輪胎的胎圈部分基本保持不動，胎肩處的變形為前兩者的過渡。胎面上的輪胎半徑參考點向外擴張，沿U1位移31.872mm，充氣后的輪胎半徑為1 079.744mm。斷面寬度測量點沿U2方向擴張，位移為21.248mm，充氣后的輪胎斷面寬度為410.496mm，符合表1中所規(guī)定的輪胎充氣尺寸范圍。與實測輪廓相比輪胎變形的趨勢比較接近實測輪廓，能和實測輪廓很好地吻合。

　　2.2 應力分析

　　不含鋼絲圈與含鋼絲圈的輪胎充氣后VonMises應力分布。含與不含鋼絲圈的輪胎充氣后最大位移是相同的。在輪胎中鋼絲圈的周向應力是最大的，遠遠大于輪胎中其它的部位。這是因為輪胎斷面為“C”形開口狀，當內部充氣時，必須使用周向剛度很大的鋼絲圈來箍住胎圈，防止其產生徑向移動而脫離輪輞，由此可得鋼絲圈是輪胎結構中非常關鍵的受力部件。

　　2.3 簾線受力分析

　　含鋼絲圈的輪胎充氣后簾線應力分布。

　　充氣完成后，簾布層在胎冠部位的周向應力也較大。簾布在胎體中為主要受力構件，它在周向和子午方向的應力比較突出，周向應力由胎冠到胎圈有明顯的減小趨勢;而子午方向應力在胎肩處比較大，其次是胎冠和胎側，三角膠處稍微小一些�？梢姵錃廨喬ブ泻熅�和鋼絲圈等骨架材料承擔主要受力部分，橡膠并不是主要受力部件。

　　2.4 應變分析

　　含鋼絲圈的輪胎充氣后應變分布整個胎體的應變比較均勻，厚度方向有顯著的壓縮應變，這是由于胎體沿厚度方向的彈性模量比較低，接近于橡膠的彈性模量而造成的。由此可知輪胎在充氣狀態(tài)下胎體厚度有明顯變薄的特征。

　　3 結 論

　　對比所獲得的充氣輪胎的斷面寬和充氣半徑，符合輪胎的參數要求范圍，對充氣后胎面、胎肩、胎踵等各部分的Mises應力變化進行分析，得出各部分產生的應力主要由簾線材料來承擔，最大應力出現在鋼絲圈處。證明了基于rebar單元方法所建立的輪胎模型的有效性。該模型有助于進一步分析輪胎的力學特性。

【淺談基于rebar單元的航空輪胎模型建立與分析論文】相關文章：

基于PRO/E的輪胎有限元模型建立方法05-01

基于集對分析的戰(zhàn)場態(tài)勢分析模型04-27

基于Bayes方法的診斷模型分析04-26

基于Bowtie模型的機場安全風險分析04-25

基于DPSIR模型的生態(tài)補償機理分析04-26

基于層次分析法的風險模型優(yōu)勢分析05-06

基于Excel2003/XP環(huán)境下考試成績分析模型的建立04-30

淺談基于校園一卡通的學生信用管理模型設計論文05-06

基于危險傘的航空裝備故障分析05-02

淺談基于供應鏈的航空備件采購05-03