目录摘要 (III)Abstract.................................................................................................................... I V 1 绪论 (1)1.1 选题的目的和意义 (1)1.2本课题国内外的研究现状 (1)1.3本课题研究内容 (1)2子午线轮胎特点 (2)2.1 子午线轮胎的结构特点 (2)2.2子午线轮胎的结构分析 (2)3子午线轮胎三维整体有限元模型建立 (4)3.1通用软件简介 (4)3.2单元的选取 (5)3.3 轮胎模型的简化 (8)3.3.1模型建立的要求 (8)3.3.2轮胎模型的简化 (9)3.3.3几何建模 (9)4子午线轮胎静态接触的有限元分析 (11)4.1 有限元分析流程 (11)4.2静态接触的载荷和边界条件的处理 (12)4.2.1轮胎有限元模型的三维非线性 (12)4.2.2轮胎单元材料参数的数值 (13)4.2.3轮胎有限元分析的参数化及模型的自动生成 (14)4.2.4 静态接触的载荷和边界条件的处理 (18)4.3轮胎有限元结果分析 (19)4.3.1静态接触载荷工况 (19)4.3.2轮胎在静态接地状况下的有限元结果分析 (20)5 总结与展望 (24)5.1 总结 (24)5.2 不足与展望 (24)5.3 有限元技术在轮胎和车辆工程中应用展望 (24)参考文献 (25)基于ANSYS的汽车轮胎有限元分析研究摘要本文主要基于ANSYS软件非线性分析技术，采用三维体单元和接触单元，建立了子午线轮胎的静态接触状态下的有限元模型并对其进行分析研究。
利用CATIA对子午线轮胎进行几何建模，运用ANSYS软件对其进行有限元分析，定义材料属性和单元属性，考虑接触问题，得到适合研究轮胎特性的有限元模型。
根据轮胎结构特征及单元的特征，利用ANSYS的参数设计语言APDL对分析问题进行参数化，提高效率，便于对同类问题的分析研究。
关键词：ANSYS；子午线轮胎；接触变形；CATIA；APDLANSYS AND RESEARCH OF MOTOR TYRE BASED ONANSYSAbstractThis paper mainly performs the analysis and research on the radial tyre based on the non-linear analysis of ANSYS and applied software of ANSYS,using three-demension solid element and contacting element , three-dimension finite element contact model of static radial tyre is built.The geometry model of tire is got in CATIA.A finite element model of radial tire is created in ANSYS.Define material characteristics and element types. The contact problem is considered.We got a proper finite element model for studying tire’s characteristic.According to the tyre structural and element charateristic,APDL is applied for research of the analytic problem so as to increase efficiency,so the resembling analysis will be simplified and done easily.Key words: ANSYS ；radial-tyre ；contact- deformation ；CATIA ；APDL1 绪论1.1 选题的目的和意义轮胎作为联结汽车车身与道路的部件，是影响行驶车辆的操纵稳定性、安全性和平顺性的一个关键因素。
汽车的许多重要性能都与轮胎的力学特性有关。
因此，轮胎的研究在汽车工程很重要。
随着汽车向规模化、高速化与专用化方向发展，充气轮胎的使用条件日益苛刻，从而促使轮胎向着子午线化、扁平化、无内胎化的方向发展。
利用ANSYS14.0对子午线轮胎进行有限元分析，可以更加贴近轮胎运动实际工况，从而得出轮胎的各种特性因素，这些分析结果可以为整车性能分析提供依据，提高汽车综合性能分析的精确性。
1.2本课题国内外的研究现状80年代，R.H.Kenndy和Patel,Minminn等人利用三角形常应变单元对子午线轮胎的充气情况进行了分析。
同时，通过改变轮胎的带束层帘线角度，带束层帘线密度和胎体帘线密度等特性参数，对轮胎的充气形状，应力和帘线张力等进行了预测。
Tseng.N.T.和Pelle 等利用二维对称分析对轮胎爆破压力和高数自由旋转引起的破坏进行了模拟。
在预测自由充气状态下轮胎的某些性能方面取得了令人满意的结果。
虽然国内的有限元应用落后于国外许多国家，但国内在有限元的应用研究方面取得很大的进步。
1.3本课题研究内容本论文以60系列的R15型子午线轮胎作为研究对象，利用CATIA对子午线轮胎进行几何建模，运用ANSYS14.0软件对其进行有限元分析，定义材料属性和单元属性，考虑接触问题，得到适合研究轮胎变形和应力的有限元模型。
2子午线轮胎特点2.1 子午线轮胎的结构特点子午线轮胎的结构特点主要有：(1)胎体是轮胎的基础，是由帘线组成的一层一层的结构，其胎体顶层常含有一层由钢丝编成的钢带。
(2)子午线轮胎中的钢丝带具有较好的柔韧性以适应路面的不规则冲击，且经久耐用，它的帘布结构意味着汽车在行驶过程中具有小的摩擦因素，从而获得了较大的胎纹使用寿命和较好的燃油经济性。
(3)子午线轮胎有较好的抓地性。
由于特殊的胎体结构，使得汽车在行驶中抓地结实，效果好。
因此，选用子午线轮胎具有更好的操控性和舒适性。
2.2子午线轮胎的结构分析子午线轮胎（断面结构如图2-1）由具有各向同性的胎面胶，三角胶和胎侧胶等，各向异性的帘布层，带束层等材料组成。
子午线轮胎结构示意图图2-1子午线轮胎由胎冠、胎肩、胎侧和胎体，胎圈等几个主要部分组成。
(1)胎冠胎冠是指在胎体帘布层之外与两胎肩之间的整个部位。
子午线轮胎的胎冠一般由两层以上的带束层来束缚轮胎的周向变形，决定着轮胎的形状并承受着主要应力。
胎面层是轮胎滚动时与路面接触的重要部分，它对保护帘布层，确保与路面间的摩擦系数，发挥有效的制动力和操纵性能都是十分必要的。
为此，在胎面的表面还刻有各种花纹和窄槽，称为胎面花纹。
胎面的磨耗是决定轮胎寿命的最重要因素。
除了采用耐磨耗性好的橡胶材料外，为增加轮胎与路面间的附着力，避免轮胎在湿滑路面上打滑，还要求胎面有良好的抗打滑性能和小的滚动阻力。
部下沿胎面中心线圆周方向箍紧胎体的材料层，主要起增强轮胎周向刚度和侧向刚度，承受大部分的胎面应力。
(2)胎肩胎肩是指较厚的胎冠与较薄的胎侧间的过渡部分。
胎肩表面一般都有花纹，以提高该部分的散热性能。
(3)胎侧胎侧是指胎肩至胎圈之间在胎体侧壁部分的橡胶胶层。
胎侧部的主要作用是保护轮胎侧面的帘布层免受损伤，但它受不到很大的应力，同时不与地面接触，一般受不到磨损，所以它的厚度较小。
但由于在行进过程中，胎侧不断承受屈曲和伸缩，故着重要求有良好耐疲劳性能和耐日光老化性能。
子午线外胎的胎侧胶有很苛刻的要求。
由于异午线轮胎胎侧变形约比普通胎大两倍，因而承受较大的机械疲劳作用。
胎体内，由内压与外界负荷所引起的周向应力，主要为橡胶所承受。
所以，子午线轮胎的胎侧胶除了应该具有最佳的耐屈挠龟裂与防臭氧、大气老化性能外，同时应有很好的耐撕裂、耐机械刺伤及耐裂口扩展等性能，其厚度比普通结构轮胎的胎侧厚些。
(4)帘布层(胎体)帘布层是指由一层或数层帘布与胎圈组成的整体充气轮胎受力结构。
帘布层的两侧边缘靠胎圈部的钢丝圈固定在轮辆突缘和轮惘底座上。
它在保持内压的同时，又是支承载荷的最重要部分。
现在子午线轮胎多为无内胎轮胎，通常为了保持气密性，在帘布层的内侧加一层气密性好的橡胶层(称为气密层)以确保胎壁不漏气。
帘布层是轮胎的骨架，轮胎的强度主要取决于帘布层的强力，因而它被称为“胎体”。
(5)帘胎圈胎圈是指轮胎安装在在轮辋上的部分，其主要由胎圈芯和胎圈包布等组成，主要作用是使轮胎紧密的固定在轮辋上，防止轮胎脱离轮辋。
3子午线轮胎三维整体有限元模型建立3.1通用软件简介CATIA是法国达索公司的产品开发解决方案。
作为PLM协同解决方案的一个重要组成部分，它可以帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。
CATIA具有先进的混合建模技术，它所有模块具有全相关性，覆盖了产品开发的整个过程，并行工程的设计使得设计周期大大缩短。
ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD 软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, UG, CATIA, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。
ANSYS软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。
(1)前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；(2)分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；(3)后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。
APDL(ANSYSParmaetrieDesignLanguage)参数化设计语言是ANSYS软件提供给用户的一个依赖于ANSYS程序的交互式软件开发环境，与其它编程语言一样，用建立智能分析的手段为用户提供了自动完成有限元分析的功能。
用户可以利用程序设计语言将ANSYS命令组织起来，编写出参数化的用户程序，从而实现有限元分析的全过程，即建立参数化的CAD模型、参数化的网格划分与控制、参数化的材料定义、参数化的载荷和边界条件定义、参数化的分析控制和求解以及参数化的后处理。