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使用联合仿真技术实现轮胎真实行驶工况仿真
1 轮胎仿真概述
轮胎作为联结汽车车身与道路的部件，其不仅影响汽车行驶中的安全性、经济性、平顺性以及舒适性，还在汽车的环保性能和运输效率方面起着非常重要的作用。可以说汽车性能的好坏与轮胎力学性能有直接的关系。随着汽车工业与高速路的迅猛发展，对轮胎的各项性能也提出了越来越高的要求，研发性能更优越的轮胎成为企业在市场竞争中脱颖而出的关键因素。
由于轮胎产品结构和力学特性复杂，需要使用先进的仿真工具进行产品设计和性能分析。轮胎行业大多选用达索系统SIMULIA品牌旗下的Abaqus软件作为分析工具，该软件被广泛地认为是功能最强大的有限元分析软件之一。通过Abaqus软件可以仿真得到轮胎在不同工况下的实际形状，实现对采用不同材料的轮胎部件进行仿真计算，分析轮胎在垂直荷载作用下的应力与应变、非对称性荷载作用下轮胎的接触、接地区域的压力分布以及动态下的应力等结果。
2 轮胎仿真的新需求
虽然Abaqus对轮胎仿真做了大量的工作，但受制于解算时间和功能所限，Abaqus通常都是对单个轮胎进行详细的建模和仿真，很难建立包含轮胎的整车模型并进行整车行驶工况下的轮胎性能分析，无法评估轮胎在整车环境中实际行驶工况下的特性。而多体动力学软件中轮胎模型通常使用的是力学解析公式算法，无法考虑详细的轮胎几何和材料性能，通常只是用于整车性能分析，无法用于对轮胎产品的性能分析。
那么如何对轮胎在整车实际行驶工况下的性能进行分析呢？比如，考虑悬架性能和整车重量情况下，如何对过坑洼路面工况，过路肩、马路牙子等极端工况下的轮胎性能进行评估呢？这是现代轮胎企业都会遇到的一个新问题。
3 Simpack-Abaqus联合仿真技术
随着技术的进步，多体动力学分析正在逐步向刚-柔耦合动力学分析发展。但是，传统的柔性体技术都是采用模态叠加法计算结构变形，这就决定了传统的柔性体只适合于解决小变形的线性问题。但是在实际的应用中，我们经常会碰到传统柔性体理论无法完全解决的问题。比如钢板弹簧、非线性材料的扭力臂、轮胎、风机叶片、柔性体接触/碰撞、瞬态大载荷冲击等等。而对这些问题的解决，有限元分析则是非常有效的方法。因此，Simpack推出了与Abaqus直接耦合进行联合仿真的方法。
从技术上来说，Simpack与Abaqus的联合仿真是通过Simpack与Abaqus中的子域来实现的多域联合仿真。在联合仿真中，每一个解算器利用自身的数值分析技术对各自的子域进行解算，仿真数据在解算器之间进行传递。Simpack把计算的接口的力传递给Abaqus，而Abaqus将接口节点上的速度传递给Simpack。
Simpack与Abaqus各自按照自身的步长进行解算，在交互时间点上进行数据交互。联合仿真进程是由SIMULIA联合仿真引擎（CSE）来控制的。Simpack与Abaqus都可以使用多核进行解算，既可以运行在同一台电脑上，也可以运行在不同的电脑上。
4 联合仿真技术用于轮胎仿真
通过联合仿真技术，实现Abaqus非线性轮胎模型与Simpack 多体模型之间的非线性仿真，Abaqus提供的轮胎和接触功能将帮助用户建立复杂、高级的轮胎-道路交互模型，研究轮胎部件变形的任意非线性效应（几何、弹性、塑性、接触、摩擦等）。
联合仿真的步骤如下：
第一步是Abaqus轮胎模型准备
第二步是Simpack模型建立并仿真
模型完成后，运行仿真，会同时生成Simpack和Abaqus的分析结果。
5 轮胎在整车环境下的仿真结果
分别在Simpack和Abaqus中查看轮胎和整车联合仿真的仿真结果。仿真动画为：
整车四个悬架受力曲线：
左前轮的行驶速度曲线：
左前轮高度随行驶路程的变化曲线：
在Abaqus中查看轮胎变形过程。
利用Simpack-Abaqus联合仿真技术还能用于底盘部件的碰撞大变形分析，如汽车行驶时，悬架部件受到地面障碍物的碰撞发生塑性变形的分析，新能源电池包在坑洼路面受到地面碰撞冲击的分析，等等。
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