(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111292608.2 (22)申请日 2021.11.03 (71)申请人 吉林大学 地址 130000 吉林省长 春市前进大街269 9 号 (72)发明人 左文杰　郭会强　张然　白建涛　 王斌　 (74)专利代理 机构 吉林长春新纪元专利代理有 限责任公司 2 2100 代理人 王怡敏 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 轮胎接地印迹的多步静态加载计算方法 (57)摘要 本发明涉及一种轮胎接地印迹的多步静态 加载计算方法， 属于轮胎结构设计领域。 先对轮 胎进行充气分析， 后给定压深值搜索接触节点， 对接触点施加强制位移求解接地印迹， 通过多次 改变压深值修正接触区域的强制位移边界条件， 直至接触点竖直方向的约束反力总和与轮胎实 际接触时的外载荷平 衡。 优点在于： 原理简单， 实 施方便； 相比于已有的接地印迹求解方法， 本方 法无需建立复杂的接触对， 不需要考虑接触非线 性问题， 只需通过多次改变压深值修正接触区域 的强制位移边界条件， 进行有限元分析， 即可求 解得到轮胎的接地印迹形状及接 触压强云图。 权利要求书1页 说明书5页 附图8页 CN 114004121 A 2022.02.01 CN 114004121 A 1.一种轮胎接地印迹的多步静态加载计算方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： （1） 建立轮胎有限元模型并进行充气分析， 计算充气之后轮胎外表面节点的坐标值； （2） 给定压深搜索接触点， 定义强制位移边界条件， 在充气分析基础上进行静态有限元 分析， 计算接触点约束反力； （3） 删除竖直方向约束反力为负的点的强制位移约束， 重新进行有限元计算， 直至所有 接触点竖直方向的约束反力全为 正； （4） 采用二分法改变压深值， 直至接触点竖直方向的约束反力总和等于实际接触中轮 胎受到的外载荷； （5） 根据约束节点竖直方向约束反力计算接触压强， 获得接触压强云图。 2.根据权利要求1所述的轮胎接地印迹的多步静态加载计算方法， 其特征在于： 步骤 （2） 中， 给定压深及轮胎充气之后外表面节 点的坐标值搜索接触点， 得出轮胎接触点坐标范 围在充气轮胎最低点坐标到最低点坐标加上压深值之间， 定义强制位移边界条件， 强制位 移的大小为轮胎最低点坐标加上压深值减去接触节点竖直方向坐标值； 然后在充气分析基 础上进行静态有限元分析， 计算接触点约束反力。 3.根据权利要求1所述的轮胎接地印迹的多步静态加载计算方法， 其特征在于： 步骤 （4） 中， 采用二分法多次改变压深值修正接触区域的强制位移 边界条件， 直至接触点竖直方 向的约束反力总和等于实际接触中轮胎受到的外载荷， 达 到求解接地印迹的目的。 4.根据权利要求1所述的轮胎接地印迹的多步静态加载计算方法， 其特征在于： 步骤 （4） 中， 根据接触点约束反力总和与压深的线性关系， 只需根据两个压深值求解得到对应的 约束反力总和， 即可拟合得到接触点约束反力总和与压深的线性关系表达式； 根据该线性 关系表达式， 代入目标外载荷大小， 可以迅速缩小二分法的搜索区间， 达 到加速的目的。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114004121 A 2轮胎接地印迹的多步静态加载计算方 法 技术领域 [0001]本发明涉及轮胎结构设计领域， 尤其涉及 一种轮胎 接地印迹的多步静态加载计算 方法。 背景技术 [0002]轮胎与地面的接触是复杂的力学现象， 同时也是轮胎损伤直至失效和破坏的重要 原因。 传统的轮胎接地印迹计算一般是通过有限元方法求解的， 需要采用非线性有限元方 法处理材料、 几何、 接触非线性问题， 分析流 程复杂。 [0003]轮胎接触问题属于边界非线性问题， 是最困难的非线性问题之一， 其原因是由于 接触边界是未知的， 同时加载过程中接触边界是时刻变化的， 也就是说， 轮胎接触过程中发 生的位移和接触力都是未知的， 极大 的增加了求解的难度。 在进行有限元分析时必须实时 识别轮胎边界上的点是否与地面接触， 如果是接触， 必须计算出相应的接触力。 由于边界点 的接触力会影响相邻点的变形， 所以这个过程需要重复计算， 直至找到轮胎上所有可能接 触的点的正确状态。 一般商业软件求解轮胎接地印迹时， 是通过对轮辋施加固定约束， 给地 面施加载荷的方法等效轮胎的实际接触过程， 都需要建立复杂的接触对进行求解， 计算过 程中需要反复搜索接触节点， 不容易获得收敛解。 由于轮胎主要的组成部分是帘线橡胶 复 合材料， 还需要考虑材料非线性和几何非线性问题， 进一步增加了求解轮胎接地印迹的难 度。 发明内容 [0004]本发明的目的在于提供一种轮胎接地印迹的多步静态加载计算方法， 解决了现有 技术存在的上述问题。 本发明对轮辋施加固定约束， 通过多次改变压深值修正接触区域的 强制位移边界条件， 直至接触点竖直方向的约束反力总和与轮胎实际接触时的外载荷平 衡。 本发明不需要考虑复杂的接触非线性， 简单且易于实现。 [0005]本发明的上述目的通过以下技 术方案实现： [0006]轮胎接地印迹的多步静态加载计算方法， 包括如下步骤： [0007](1)建立轮胎有限元模型并进行充气分析， 计算充气之后轮胎外表面节点的坐标 值； [0008](2)给定压深搜索 接触点， 定义强制位移边界条件， 在充气分析基础上进行静态有 限元分析， 计算接触点约束反力； [0009](3)删除竖直方向约束反力为负的点的强制位移约束， 重新进行有限元计算， 直至 所有接触点竖直方向的约束反力全为 正； [0010](4)采用二分法改变压深值， 直至接触点竖直方向的约束反力总和等于实际接触 中轮胎受到的外载荷； [0011](5)根据约束节点竖直方向约束反力计算接触压强， 获得接触压强云图。 [0012]步骤(2)中， 给定压深及 轮胎充气之后外表面节点的坐标值搜索 接触点， 得出轮胎说　明　书 1/5 页 3 CN 114004121 A 3