一种用于整车路噪仿真分析的轮胎模型建立方法与流程

本发明属于汽车制造及设计，特别是涉及一种用于整车路噪仿真分析的轮胎模型建立方法。

背景技术：

1、目前，采用的用于整车路噪仿真计算的轮胎模型一般都为简化的模态轮胎模型。具体因为：

2、1：单体轮胎模型为非线性材料且计算方法也为非线性计算，采用频响分析方法很难进行精确的求解，具体的，轮胎具有几何非线性和材料非线性特性，直接用于整车路噪计算会导致计算不收敛及不准确等结果；

3、2：一般需要进行充气加压和施加一定的载重载荷才能得到轮胎使用下的状态，因此一般先需要对三维轮胎模型施加载荷进行非线性静态求解后再进行动态仿真计算。

4、而轮胎实际上是具有粘性的橡胶材料以及其他材料组合而成，在目前的模态轮胎中通常不包括轮胎的材料阻尼特性。

5、因此，本发明提供一种用于整车路噪仿真分析的轮胎模型建立方法，保留了轮胎对整车噪声影响的关键特性，包括质量、刚度及阻尼。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于整车路噪仿真分析的轮胎模型建立方法，通过建立轮胎的全尺寸模型，对模型进行静态加压、加载及模态分析后，提取其关键的信息，然后通过data.py程序处理为外部超单元，以外部超单元的方式实现导入整车模型，即可实现整车振动噪声的计算，解决了现有的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

3、模态轮胎模型就是先对轮胎进行静态非线性分析后再求得轮胎的模态，并对轮胎的模态、刚度矩阵、质量矩阵等计算结果进行二次处理得到模态轮胎。本发明为一种用于整车路噪仿真分析的轮胎模型建立方法，包括以下步骤：

4、步骤s001：建立轮胎的全尺寸模型；

5、步骤s002：采用abaqus对轮胎全尺寸模型进行静态加载分析，输出刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵；

6、步骤s003：通过data.py程序将刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵转化为tire.pch文件，使轮胎的全尺寸模型以超单元的形式存储；

7、步骤s004：将tire.pch文件作为include文件在整车模型fv.bdf文件中引用，进行整车路噪分析。

8、进一步地，所述步骤s001中建立轮胎的全尺寸模型的方法为：

9、步骤s11，将几何轮胎模型沿周向方向划分成若干等份；

10、步骤s12，任意取其中一份作为样本模型，采用四边形对样本模型进行网格划分，进行网格划分时先在样本模型一侧截面上划分不同的区域，包括胎侧、胎面、内层、外层以及钢丝圈，其中胎面还分橡胶层和纤维层；

11、对截面进行网格划分，主要采用四边形；

12、步骤s13，对截面划分区域时在轮胎的周向方向上建立边界线；

13、步骤s14，沿边界线进行网格拉伸，将网格拉伸到样本模型另一侧截面上，使其生成六面体单元；

14、步骤s15，采用二维单元对轮辋表面进行网格划分，将二维单元设置为刚性属性，设置轮辋为刚体，刚体质心点为轮芯；

15、步骤s16，在轮辋及胎侧的表面建立接触连接；

16、步骤s17，对轮胎各结构赋予非线性材料属性。

17、进一步地，所述步骤s002中采用abaqus对轮胎全尺寸模型进行静态加载分析时进行以下步骤：

18、步骤s21，建立轮胎的边界条件，约束轮辋六自由度，对轮胎内部表面施加法向压强，模拟充气状态；

19、步骤s22，建立刚性路面并进行偏移，使其与轮胎接触并挤压胎面；

20、步骤s23，采用abaqus对轮胎进行模态分析并输出刚度矩阵stif.mtx、质量矩阵mass.mtx以及阻尼矩阵damp.mtx文件。

21、进一步地，所述s004中，计算整车路噪的方法为：

22、根据动力学方程：

23、

24、其中，ub为已知轮胎接地位置的强迫位移，ua为待求的轮胎结构以及其他主结构的位移；k为刚度矩阵，m为质量矩阵，c为阻尼矩阵，其中fa为零，fb表示路面激励；

25、在频响小位移稳态计算中(frf频响计算，是一种线性的动态分析，是在频域内的一种动态分析)；其中为模态坐标，为模态向量，i为虚部，ω为激励频率，t为时间，代表是稳态的随时间变化的周期函数；

26、将代入式(一)，将式(一)简化为式(二)(指的是在路面激励下待求的轮胎结构和主结构的位移，代入方式是直接代入式(一)，然后根据矩阵运算规则进行化简)：

27、

28、通过对代数方程式(二)的求解得到模态坐标的值，从而获得ua的解。

29、进一步地，所述步骤s003：通过data.py程序将刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵转化为tire.pch文件时执行以下算法：

30、s31：将刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵整理为二维矩阵形式，行列数量相同，且具有对称性；

31、s32：将整理后的二维矩阵输入到tire.pch文件中，作为轮胎的刚度、质量以及阻尼；主结构文件中关键字为k2gg，m2gg，b2gg；pch文件的格式为nastran dmig卡片的格式形式；超单元的外部点是与主结构连接的点，超单元的外部点的节点编号需要与主结构的对应的连接点的节点编号保持一致；

32、到此，data.py程序完成刚度矩阵stif.mtx(包括实部和虚部)、质量矩阵mass.mtx文件和阻尼矩阵damp.mtx到tire.pch文件的转化。

33、进一步地，所述步骤s003中使轮胎的全尺寸模型以超单元的形式存储时，超单元的建模流程为：

34、步骤s31：定义超单元内部点以及外部点，定义与主结构连接点的节点编号和超单元内部点的节点编号范围；

35、步骤s32：将刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵以固定格式写入到tire.pch文件；

36、步骤s33：在主结构中引用tire.pch文件；

37、其中，步骤s32与步骤s003中通过data.py程序将刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵转化为tire.pch文件时执行算法相同。

38、进一步地，所述步骤s003中使轮胎的全尺寸模型以超单元的形式存储时，超单元轮胎边界条件设置为：

39、将轮胎作为超单元输入，将轮心及接地边界作为超单元的外部点；

40、采用混合边界的超单元模态计算方法将：轮芯处定义类型为自由边界，轮胎与地接触面定义类型为固定边界。

41、进一步地，所述步骤s33中，引用tire.pch文件的方式如下：

42、k2gg＝kdmig

43、m2gg＝mdmig

44、b2gg＝bdmig

45、……

46、begin bulk

47、include‘tire.pch’

48、enddata

49、其中，k2gg，m2gg，b2gg的名称需与tire.pch中dmig的名称保持一致。

50、进一步地，所述全尺寸模型包括胎面、胎侧、气帘、钢丝圈、轮辋的网格模型及材料数据。

51、进一步地，所述步骤s12在样本模型一侧截面上划分的不同区域包括胎侧、胎面、内层、外层以及钢丝圈，其中，胎面还分橡胶层和纤维层。

52、本发明具有以下有益效果：

53、本发明和目前的模态轮胎及其他用于噪声分析的轮胎相比，考虑并保留了轮胎的材料阻尼特性；在提高模型真实性的基础上也可以保证计算的效率，也实现了轮胎最大程度的保真度。

54、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。