本发明涉及轮胎纵向和横向刚度的有限元仿真方法，具体为在切向接触属性中引入弹性滑移量，提高轮胎纵向和横向刚度仿真精度的方法。
背景技术：
轮胎的刚度特性，指作用在轮胎上的载荷与对应变形之间的关系，包括轮胎径向、横向、纵向、扭转及包覆刚度。通过有限元仿真预测轮胎的刚度特性，对轮胎的结构优化设计具有重要的促进作用。
随着有限元理论的发展，轮胎刚度仿真技术逐渐成熟，许多学者运用不同的有限元软件对轮胎刚度进行分析，均得到较为合理的结果。然而，在刚度对标的过程中，径向刚度和包覆刚度的仿真结果比较准确，而涉及附着和摩擦行为的纵向和横向刚度仿真结果与实验结果存在较大差异。例如，颜亮(颜亮.胎体有限元模型离散化的轮胎侧偏及侧倾特性建模研究[d].吉林大学硕士论文.2014)和白帆(白帆.基于接地印迹分析的轮胎力学模型研究[d].吉林大学博士论文.2016)的轮胎纵向和横向刚度仿真结果，显著高于试验结果。图1为轮胎纵向刚度仿真分析与试验结果的对比情况。
针对两粗糙表面的切向接触问题，在经典的库伦摩擦理论的基础上，一些学者提出了扩展的摩擦理论。其中包括基于弹塑性滑移理论的正则化库伦摩擦定律，能够近似地描述粘滑运动，如图2所示，
在abaqus有限元分析软件中，切向接触考虑弹性滑移时，除了可通过定义弹性滑移容差之外，还可以直接定义最大弹性滑移量，实现切向接触的弹塑性模拟。然而，确定最大弹性滑移量遇到了困难，这是由于没有试验或者经验数据知道轮胎与路面之间的弹性滑移量的大小，不同的轮胎规格以及不同的路面条件下，轮胎相对路面切向滑移时产生不同的弹性滑移量。因此，对于轮胎纵向或者横向刚度的仿真，不仅需要考虑弹性滑移的影响，还要考虑如何确定弹性滑移量。
技术实现要素：
本发明提出一种考虑弹性滑移的轮胎纵向和横向刚度仿真方法，通过初始仿真分析结果确定最大弹性滑移量，修改轮胎纵向或横向刚度有限元初始仿真模型，即在切向接触本构属性中引入最大弹性滑移量，再次进行轮胎纵向或横向刚度仿真分析。
本发明采用如下技术方案实现：
一种考虑弹性滑移的轮胎纵向和横向刚度仿真方法，包括步骤：
对三维非线性的轮胎进行有限元建模；
基于所建模型对轮胎进行纵向或横向刚度初始仿真分析，此时轮胎与地面之间的切向接触属性采用罚函数法的默认本构属性，其允许的弹性滑移容差为0.005；
选取初次仿真结果中轮胎接地印迹纵向或横向中心线上的节点，输出节点和路面参考点随时间变化的纵向或横向位移，确定轮胎纵向或横向变形过程中所选节点发生的最大弹性滑移量；
修改轮胎纵向和横向刚度有限元初始仿真模型，即在切向接触本构属性中引入最大弹性滑移量，再次进行轮胎纵向或横向刚度仿真分析。
进一步地，所述轮胎纵向变形过程中所选各节点发生的最大弹性滑移量的确定过程具体包括步骤：
初始仿真计算完成后，在接地印迹中选取轮胎纵向中心线上的节点，输出所选取节点和路面参考点随时间的位移变化曲线，得到接地区域轮胎节点由弹性滑移向塑性滑移转变的过程；
选择弹性滑移最大的节点，确定所述节点开始发生塑性滑移时的位移，并将路面参考点的位移与该节点的位移之差确定为最大弹性滑移量。
进一步地，当所选节点为两个以上时，至少有一节点位于接地印迹沿车轮前进方向的后端边界上的轮胎纵向中心线上。
进一步地，当所选节点为一个时，该节点位于接地印迹沿车轮前进方向的后端边界上的轮胎纵向中心线上。
进一步地，所述轮胎横向变形过程中所选各节点发生的最大弹性滑移量的确定过程具体包括步骤：
初始仿真计算完成后，在接地印迹中选取轮胎横向中心线上的节点，输出所选取节点随时间的位移变化曲线，得到接地区域轮胎节点由弹性滑移向塑性滑移转变的过程；
选择弹性滑移最大的节点，确定所述节点开始发生塑性滑移时的位移，并将路面参考点的位移与该节点的位移之差确定为最大弹性滑移量。
进一步地，当所选节点为两个以上时，至少有一节点位于接地印迹沿车轮前进方向的后端边界上的轮胎横向中心线上。
进一步地，当所选节点为一个时，该节点位于接地印迹沿车轮前进方向的后端边界上的轮胎横向中心线上。
进一步地，确定所述节点开始发生塑性滑移的步骤具体包括：
当所选取的节点相对路面滑动，而节点位移大小不再增加，则表明节点弹性变形达到饱和，弹性滑移阶段结束，塑性滑移开始。
进一步地，所述输出所选取节点随时间的位移变化曲线的步骤中，输出位移变化数据后，先对数据进行预处理，即对所选取节点的初始位移进行归零化处理，便于对比观察以确定最大弹性滑移量。
进一步地，所述仿真分析基于abaqus有限元分析软件。
相比现有技术，本发明在切向接触本构属性中引入最大弹性滑移量，再次进行轮胎纵向或横向刚度仿真分析，使轮胎纵向和横向刚度仿真结果的可靠性有较大幅度提升；通过引入弹性滑移量，近似地模拟了轮胎切向运动的弹塑性滑移行为，得到更为可靠的轮胎纵向和横向刚度仿真结果。
附图说明
图1纵向刚度仿真试验对比曲线。
图2切向滑移分段示意图。
图3本发明实施例的接地区域中线位移所选节点分布示意图。
图4本发明实施例的纵向各节点和路面位移时间历程曲线。
图5最大弹性滑移量定义与否的纵向刚度仿真与试验对比。
图6最大弹性滑移量定义与否的横向刚度仿真与试验对比。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
下面以215/60r16型号轮胎纵向刚度仿真分析为例，对本发明的实施作进一步具体说明。
一种考虑弹性滑移的轮胎纵向和横向刚度仿真方法，包括步骤：
步骤1：基于abaqus有限元分析软件对三维非线性的轮胎进行有限元建模。
步骤2：初始仿真分析，确定接地区域最大弹性滑移量。
基于所建模型对轮胎进行纵向或横向刚度初始仿真分析，此时轮胎与地面之间的切向接触属性采用罚函数法的默认本构属性，轮胎与地面接触定义中，切向接触属性定义弹性滑移容差为默认值0.005。
保持0.23mpa胎压且固定轮辋后径向移动路面实现轮胎在规定负载下的加载，然后纵向移动路面实现纵向加载。
纵向加载仿真分析完成后，打开生成的结果文件，如图3所示，在接地印迹处选取纵向中心线方向由右至左的a、b、c三个节点，轮胎相对路面向左运动。a节点位于接地印迹沿车轮前进方向的后端边界上，c节点位于接地印迹沿车轮前进方向的前端边界上，b节点位于接地印迹沿车轮前进方向的居中位置。
输出上述选定节点的纵向位移和路面参考点的位移历程，并减去轮胎径向加载导致的初始位移，可得到如图4所示各节点和路面随时间的位移历程曲线。
由图4可知，路面纵向移动的过程中，位移呈线性变化。路面位移0-4mm区间，胎面节点与路面的位移历程基本重合，表示轮胎纵向初始变形时基本不发生相对滑移。路面位移4mm之后，接地印迹沿车轮前进方向的后端边界上的节点a首先与路面产生相对滑移，即弹性滑移。接着胎面其它节点也陆续与路面产生相对滑移，胎面纵向弹性滑移区长度逐渐扩大。直至路面移动到19.2mm，胎面所有节点的位移达到饱和，表明胎体纵向弹性变形达到最大，轮胎相对路面开始发生塑性滑动，此时节点a的位移为14.07mm。在此之前节点处于弹性滑移区，位移达到饱和后处于塑性滑移区。此位移下节点相对路面的弹性滑移量达到最大19.2-14.07＝5.13mm。由此得到轮胎纵向滑移时产生的最大弹性滑移量为5.13mm。
以同样的方法，确定轮胎横向滑移时产生的最大弹性滑移量为6.5mm。
步骤3：修改轮胎纵向和横向刚度有限元初始仿真模型，即在切向接触本构属性中引入所得的轮胎纵向滑移时产生的最大弹性滑移量5.13mm和轮胎横向滑移时产生的最大弹性滑移量6.5mm，再次进行轮胎纵向或横向刚度仿真分析。
将再次进行轮胎纵向或横向刚度仿真分析结果与不考虑弹性滑移的仿真结果、实验结果进行对比，得到如图5和图6所示的曲线图，由图5和图6可知，通过两次仿真分析，考虑轮胎和地面的最大弹性滑移量时，可以显著改善轮胎纵向和横向刚度的仿真分析精度。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。