輪胎斷面面積變化率計(jì)算程序的開發(fā)

李亞?wèn)|，Siegfried Ratzeburg，葛 超，邵 坤，張曉鵬

[特拓（青島）輪胎技術(shù)有限公司，山東 青島 266061]

在汽車行駛過(guò)程中，由于輪胎空腔共振產(chǎn)生的噪聲會(huì)使駕乘人員產(chǎn)生非常不適的感覺(jué)。隨著消費(fèi)者對(duì)乘車舒適性要求的不斷提高，輪胎空腔噪聲的優(yōu)化逐漸引起技術(shù)人員的關(guān)注。

根據(jù)對(duì)輪胎空腔噪聲的研究可知[1-4]，輪胎空腔噪聲的頻率范圍為200～250 Hz，空腔斷面面積變化率越大，空腔共振噪聲的降低效果越好，但是對(duì)輪胎的其他性能會(huì)產(chǎn)生不利影響。

輪胎在滾動(dòng)過(guò)程中的斷面面積變化率難以精確測(cè)量，本工作采用有限元分析方法模擬輪胎的穩(wěn)態(tài)滾動(dòng)狀態(tài)，并通過(guò)自主開發(fā)的后處理程序分析輪胎的斷面面積變化率。

1 程序的工作流程及開發(fā)思路

程序具體工作流程如圖1所示。其最終目標(biāo)是通過(guò)分析不同設(shè)計(jì)方案輪胎滾動(dòng)狀態(tài)下的斷面面積變化率曲線和數(shù)據(jù)生成分析報(bào)告，為設(shè)計(jì)人員進(jìn)行方案篩選提供參考依據(jù)。

圖1 程序工作流程

程序的開發(fā)思路是通過(guò)C#語(yǔ)言開發(fā)Windows的可視化界面，程序后臺(tái)通過(guò)Abaqus軟件針對(duì)Python語(yǔ)言的接口獲取ODB文件中分析人員需要的結(jié)果數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)提取到軟件的后臺(tái)進(jìn)行后處理工作[5]。

2 輪胎斷面面積算法

2.1 空間向量的向量積

在空間，將具有大小和方向的量稱為向量?？臻g向量積的直角坐標(biāo)運(yùn)算規(guī)律如下：

式中，i＝（1，0，0），j＝（0，1，0），k＝（0，0，1），根據(jù)i，j，k之間的關(guān)系得出：

2.2 任意多邊形面積的計(jì)算

多邊形面積最基礎(chǔ)的計(jì)算方法是剖分法，即將不規(guī)則的多邊形分成若干個(gè)三角形，然后利用向量積法求每個(gè)三角形的面積。

向量積的模（長(zhǎng)度）可以理解為以a和b為鄰邊的平行四邊形的面積。例如求三角形P1P2P3的面積（S），令根據(jù)向量積的定義，可得到：

由于向量積求出的是有向面積，因此在運(yùn)用該算法前需要將輪胎的截面節(jié)點(diǎn)按照逆時(shí)針?lè)较蚺判颍乐钩霈F(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤。

3 程序運(yùn)行過(guò)程及結(jié)果示例

以215/45R17半鋼子午線輪胎為研究對(duì)象，程序的具體工作流程界面如圖2—4所示。在Windows桌面環(huán)境下運(yùn)行該程序，整個(gè)工作流程大約需要5 min，節(jié)省了技術(shù)人員去ODB中進(jìn)行數(shù)據(jù)提取、計(jì)算及制作分析報(bào)告的時(shí)間。

圖2 篩選ODB文件界面

圖3 對(duì)比面積變化率曲線界面

圖4 生成分析報(bào)告界面

4 結(jié)語(yǔ)

在輪胎產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)過(guò)程中，可以充分利用計(jì)算機(jī)輔助工具來(lái)模擬輪胎實(shí)際使用中難以測(cè)試的技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)自己的理論體系自主開發(fā)輔助工具，能夠有效提高仿真工作的效率和靈活性。