Моделирование автомобильных шин на основе метода конечных элементов

Моделирование колесных машин является одним из основных направлений развития и практического применения программных систем, основанных на моделировании динамики систем тел. В рамках настоящей статьи рассмотрена методика анализа автомобильной шины методом конечных элементов при различных видах нагружения с целью идентификации параметров её упрощенных динамических моделей. На основе метода конечных элементов создана уточненная модель шины, которая учитывает сложную геометрическую форму различных частей шины, их свойства материалов, а также контактное взаимодействие шины с опорой. Апробирована работоспособность этой модели, как при выполнении статических расчетов напряжённо-деформированного состояния шины от действия внешней нагрузки, так и при решении обобщенной проблемы собственных значений. Подтверждено большое влияние на собственные частоты и формы колебаний шины внешней нагрузки. Одним из возможных применений рассмотренной методики конечно-элементного моделирования шины является выполнение уточненных расчетов динамики колесных машин в программном комплексе «Универсальный механизм». Существует несколько вариантов динамических моделей шины, которые могут быть использованы для исследования динамики внедорожных колёсных машин в том числе модель на основе метода дискретных элементов и модель на основе метода связанных подструктур. Модель на основе метода дискретных элементов представляет собой некоторое количество абсолютно твёрдых тел-частиц, связанных между собой и диском колеса набором упруго-диссипативных элементов. Каждая частица такой модели имеет три линейные степени свободы относительно диска колеса. Результаты расчётов уточнённой конечно-элементной модели шины необходимы для идентификации массовых и упруго-диссипативных свойств этой динамической модели шины. В модели на основе метола связанных подструктур упругие перемещения шины представляются в виде суммы допустимых форм упругого тела. В качестве допустимых форм упругого тела используются статические и собственные формы колебаний, рассчитанные с использованием уточнённой конечно-элементной модели шины.

шина, метод конечных элементов, гиперупругость, контактная задача, проблема собственных значений