1.本发明涉及轮胎计算机仿真设计技术领域，尤其涉及一种轮胎失效点仿真分析方法、应用、设备和计算机程序产品。
背景技术：2.2021年上半年，全国商用车总产量为273.0万辆，同比增长15.7％；商用车销量为288.4万辆，同比增长20.9％。汽车使人类的交通运输变得高效，而汽车的移动依靠的是轮胎，轮胎是汽车唯一与地面接触的部件，随着信息的互通，轮胎性能和安全性也逐渐被驾驶人所重视。轮胎失效是轮胎性能研究的核心部分之一，轮胎承载和传递车辆与路面的全部作用力，在各种外力作用下，产生复杂的变形。因变形发生摩擦，导致能量损失，产生大量热，使轮胎温度升高，强度降低。轮胎的损坏，除去不可控的路面因素和使用工况，大多为热力耦合的结果。因此，研究轮胎工作情况，掌握轮胎损坏规律，对提高轮胎性能、延长轮胎使用寿命、保障用户人身安全具有重要作用。
3.目前，对轮胎失效点的测量和评估主要有试验方法和有限元仿真法，试验方法能够大致获得实例结果，但需制作试验轮胎并测试，成本高，周期长，不环保，且无法获得轮胎内部力学特征；有限元仿真法则成本低、周期短，能够直观的获得轮胎的变形和受力状态，便于分析结构和材料对轮胎变形的影响。目前对仿真分析研究主要关注于轮胎整体变形和受力情况，且轮胎作为复合橡胶材料，受力情况十分复杂，应力应变所包含的六个分量数据庞杂，这对轮胎失效分析的指导作用有限，还不能够通过相应指标来分析可能的失效点，进一步实现设计方案的优化。
技术实现要素：4.为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种轮胎失效点仿真分析方法，该方法实现了对轮胎产品设计方案本身所造成失效点的分析。
5.为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
6.一种轮胎失效点仿真分析方法，该方法包括以下的步骤：
7.1)利用建模软件和仿真软件对轮胎进行建模，为模型材料分布图进行网格划分，赋予材料属性，施加气压与载荷，进行负荷分析；对模型设定角速度，进行滚动分析；得到该模型所有橡胶材料单元的应力、应变、应变能值；
8.2)利用程序对数据进行运算处理，读取仿真模型数据信息，将模型可视化并提供交互功能供使用者选取所需分析单元，得到轮胎失效评价参数；
9.失效评价参数x定义为：
10.x＝aω+bλ+ce
11.式中，abc分别为权重系数，c为0.2-0.3，a与b为0.1-0.7；
[0012][0013]
n为仿真模型断面数，ω
11
为模型x轴方向应力，ω
22
为模型y轴方向应力，ω
33
为模型z轴方向应力，ω
12
为模型xy平面沿y轴方向的应力，ω
23
为模型yz平面沿z轴方向的应力，ω
13
为模型xz平面沿z轴方向的应力；
[0014][0015]
n为仿真模型断面数，λ
11
为模型x轴方向应力，λ
22
为模型y轴方向应力，λ
33
为模型z轴方向应力，λ
12
为模型xy平面沿y轴方向的应力，λ
23
为模型yz平面沿z轴方向的应力，λ
13
为模型xz平面沿z轴方向的应力；
[0016]
e＝max(en)-min(en)
[0017]
max(en)为该单元全部断面中最大应变能，min(en)为该单元全部断面中最小应变能。
[0018]
作为优选，所述步骤1)中对轮胎材料分布图进行网格划分，划分为边数≤4的多边形单元，骨架材料划分为二节点一维单元，对各部件材料赋予属性建立轮胎有限元模型。
[0019]
作为优选，所述各部件材料包括三角胶、上三角胶、下三角胶、内衬层、冠带层1、冠带层2、包布、包布1、包布2、包布3、包布4、基部胶、夹胶、子口护胶、密封胶、尼龙、帘布1和帘布2。
[0020]
作为优选，所述步骤1)中给轮胎内腔体施加800-950kpa气压，利用abaqus软件进行充气分析；在二维充气分析的基础上，将轮胎断面旋转360度，并在周向进行断面划分，将一周分为70-80个断面，并将轮胎轮辋固定，给路面施加3000-4000kg载荷和角速度40-60s，使路面向轮辋方向移动，进行滚动分析，并输出所有橡胶材料单元的应力和应变值。
[0021]
作为优选，所述a为0.4-0.6，b为0.2-0.4，c为0.2-0.3。
[0022]
作为优选，所述失效评价参数x值越大，说明在此仿真模型中该单元所处轮胎模型部位相较于其他单元所处轮胎模型部位能量损耗更高、变形幅度更剧烈，更容易成为轮胎运转时的破坏点。
[0023]
进一步，本发明还公开了所述的方法用于全钢子午线轮胎设计中的应用。
[0024]
进一步，本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现所述方法。
[0025]
进一步，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序或指令，其特征在于，该计算机程序或指令被处理器执行时实现所述方法。
[0026]
进一步，本发明还公开了一种计算机程序产品，包括计算机程序或指令，该计算机程序或指令被处理器执行时实现所述方法。
[0027]
本发明由于采用了上述的技术方案，创新性的提出了一种轮胎的性能预测评价方法，只需进行虚拟仿真建模运算，相较于实物测试更简便低碳环保。其中参数计算的数学模型，是结合轮胎设计理论和大量实际测试数据提出的。对产品设计优化改进起到指导作用。
附图说明
[0028]
图1为本发明具体实施方式建立的轮胎有限元模型图。
[0029]
图2为本发明具体实施方式利用abaqus软件进行充气分析的有限元模型图。
[0030]
图3为本发明具体实施方式轮胎断面旋转360度，并在周向进行断面划分，将一周分为74个断面的有限元模型图。
[0031]
图4为本发明具体实施方式输出所有橡胶材料单元的应力和应变值的数据图。
[0032]
图5为利用本发明程序提取轮胎一周处于相同位置不同角度的单元真实应力和应变值的数据图。
[0033]
图6为本发明具体实施方式轮胎失效评价参数分析得出的结果图。
具体实施方式
[0034]
下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。
[0035]
本发明以315/60r22.5轮胎为例，对轮胎材料分布图进行网格划分，划分为边数≤4的多边形单元(图1)，骨架材料划分为二节点一维单元，对各部件材料赋予属性(表1)建立轮胎有限元模型，给轮胎内腔体施加900kpa气压，利用abaqus软件进行充气分析，结果如图2所示。
[0036]
在二维充气分析的基础上，将轮胎断面旋转360度，并在周向进行断面划分，将一周分为74个断面(图3)，并将轮胎轮辋固定，给路面施加3550kg载荷和角速度48.209s，使路面向轮辋方向移动，进行滚动分析，并输出所有橡胶材料单元的应力和应变值(图4)。
[0037]
表1
[0038][0039]
利用本发明程序提取轮胎一周处于相同位置不同角度的单元真实应力和应变值(包括11方向、22方向、33方向、12方向、13方向和23方向，如图5所示)以及应变值，通过上述公式x＝aω+bλ+ce进行计算，得到参数x结果。式中，abc分别为权重系数，a＝0.5，b＝0.3，c＝0.2。
[0040][0041]
n为仿真模型断面数，ω
11
为模型x轴方向应力，ω
22
为模型y轴方向应力，ω
33
为模
型z轴方向应力，ω
12
为模型xy平面沿y轴方向的应力，ω
23
为模型yz平面沿z轴方向的应力，ω
13
为模型xz平面沿z轴方向的应力；
[0042][0043]
n为仿真模型断面数，λ
11
为模型x轴方向应力，λ
22
为模型y轴方向应力，λ
33
为模型z轴方向应力，λ
12
为模型xy平面沿y轴方向的应力，λ
23
为模型yz平面沿z轴方向的应力，λ
13
为模型xz平面沿z轴方向的应力；
[0044]
e＝max(en)-min(en)
[0045]
max(en)为该单元全部断面中最大应变能，min(en)为该单元全部断面中最小应变能。
[0046]
通过对以上技术得到的轮胎失效评价参数分析，可得出结论，该模型轮胎稳态滚动时带束层端点以及三角与钢包贴合点x值较大(图6)，在轮胎运转中失效破坏的可能相对更高，可针对结论对相关部件进行结构及配方调整，与以往实测结果经验相符。
[0047]
以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施列，而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。
技术特征：1.一种轮胎失效点仿真分析方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：1）利用建模软件和仿真软件对轮胎进行建模，为模型材料分布图进行网格划分，赋予材料属性，施加气压与载荷，进行负荷分析；对模型设定角速度，进行滚动分析；得到该模型所有橡胶材料单元的应力、应变、应变能值；2）利用程序对数据进行运算处理，读取仿真模型数据信息，将模型可视化并提供交互功能供使用者选取所需分析单元，得到轮胎失效评价参数；失效评价参数x定义为：x=aω+bλ+ce式中，abc分别为权重系数，c为0.2-0.3，a与b为0.1-0.7；n为仿真模型断面数，ω
11
为模型x轴方向应力，ω
22
为模型y轴方向应力，ω
33
为模型z轴方向应力，ω
12
为模型xy平面沿y轴方向的应力，ω
23
为模型yz平面沿z轴方向的应力，ω
13
为模型xz平面沿z轴方向的应力；n为仿真模型断面数，λ
11
为模型x轴方向应力，λ
22
为模型y轴方向应力，λ
33
为模型z轴方向应力，λ
12 为模型xy平面沿y轴方向的应力，λ
23
为模型yz平面沿z轴方向的应力，λ
13
为模型xz平面沿z轴方向的应力；max(e
n )为该单元全部断面中最大应变能，min(e
n )为该单元全部断面中最小应变能。2.根据权利要求1所述的一种轮胎失效点仿真分析方法，其特征在于，步骤1）中对轮胎材料分布图进行网格划分，划分为边数≤4的多边形单元，骨架材料划分为二节点一维单元，对各部件材料赋予属性建立轮胎有限元模型。3.根据权利要求1所述的一种轮胎失效点仿真分析方法，其特征在于，各部件材料包括三角胶、上三角胶、下三角胶、内衬层、冠带层1、冠带层2、包布、包布1、包布2、包布3、包布4、基部胶、夹胶、子口护胶、密封胶、尼龙、帘布1和帘布2。4.根据权利要求1所述的一种轮胎失效点仿真分析方法，其特征在于，步骤1）中给轮胎内腔体施加800-950kpa 气压，利用abaqus软件进行充气分析；在二维充气分析的基础上，将轮胎断面旋转360度，并在周向进行断面划分，将一周分为70-80个断面，并将轮胎轮辋固定，给路面施加3000-4000kg载荷和角速度40-60s，使路面向轮辋方向移动，进行滚动分析，并输出所有橡胶材料单元的应力和应变值。5.根据权利要求1所述的一种轮胎失效点仿真分析方法，其特征在于， a为0.4-0.6， b为0.2-0.4，c为0.2-0.3。6.根据权利要求1所述的一种轮胎失效点仿真分析方法，其特征在于，失效评价参数x值越大，说明在此仿真模型中该单元所处轮胎模型部位相较于其他单元所处轮胎模型部位
能量损耗更高、变形幅度更剧烈，更容易成为轮胎运转时的破坏点。7.权利要求1-6任意一项权利要求所述的方法用于全钢子午线轮胎设计中的应用。8.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1-6任意一项权利要求所述方法。9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序或指令，其特征在于，该计算机程序或指令被处理器执行时实现权利要求1-6任意一项权利要求所述方法。10.一种计算机程序产品，包括计算机程序或指令，其特征在于，该计算机程序或指令被处理器执行时实现权利要求1-6任意一项权利要求所述方法。
技术总结本发明涉及轮胎计算机仿真设计技术领域，尤其涉及一种轮胎失效点仿真分析方法、应用、设备和计算机程序产品。一种轮胎失效点仿真分析方法，该方法包括以下的步骤：1）利用建模软件和仿真软件对轮胎进行建模，为模型材料分布图进行网格划分，赋予材料属性，施加气压与载荷，进行负荷分析；对模型设定角速度，进行滚动分析；得到该模型所有橡胶材料单元的应力、应变、应变能值；2）利用程序对数据进行运算处理，读取仿真模型数据信息，将模型可视化并提供交互功能供使用者选取所需分析单元，得到轮胎失效评价参数。本发明只需进行虚拟仿真建模运算，相较于实物测试更简便低碳环保。对轮胎产品设计优化改进起到指导作用。品设计优化改进起到指导作用。品设计优化改进起到指导作用。
技术研发人员：王昱壮 侯丹丹 高翔 徐晓鹏 黄继文 王建兵 童晓茜 韩启龙 杨逸楠
受保护的技术使用者：中策橡胶集团股份有限公司
技术研发日：2022.04.25
技术公布日：2022/7/5
