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作者：凯思软件技术顾问 李晓辉
“充气轮胎力学”主要是对轮胎结构与性能中所呈现出的力学问题进行研究，是一个跨学科的研究领域，因此需要兼具轮胎产品和力学两门知识的专业人员结合起来进行科学研究。对于轮胎仿真工程师来说，不仅需要对轮胎在静态和动态状况下所承受的各种作用力及其变形特性有所了解并掌握这方面的科学知识，还应该熟悉轮胎结构力学的基础理论并应用之。
作为物理试验研究方法的有效补充，有限元分析（FiniteElement Analysis，FEA）技术已经被广泛应用于轮胎的力学分析，它打破了传统理论几十年来停滞不前的局面，有利地促进了结构设计理论的发展，使子午线轮胎结构设计向更精确的定量设计迈出了一大步。轮胎研发人员可以根据仿真结果在研发阶段早期即对产品的一些性能进行预估或验证，定性或定量地新产品开发和老产品改进，节省物理试验的次数和成本，缩短研发周期，进而增量企业的市场竞争力。
轮胎的主要材料是各种橡胶、辅以各种帘线，如钢丝帘线、尼龙帘线、聚酯帘线等。橡胶材料具有非常复杂的材料性能，除了强烈的非线性性能以外，其还表现出一定的温度相关性，时间相关性，粘弹性行为和Mullins效应。同时橡胶材料工作过程中都会经历大的变形，甚至部件自身的相互作用，因此橡胶材料的有限元分析具有相当的困难。
轮胎结构力学的有限元分析是一种典型的非线性组合问题，需要考虑材料、几何和边界条件的各种非线性因素，因此通常会用到的商用有限元软件为处理非线性问题比较优异的Abaqus和Marc，尤其是Abaqus，几乎已经成为领先轮胎企业研发人员的标配。对于纯橡胶部件，Abaqus的橡胶材料本构非常完备，而对于帘线-橡胶复合部件，Abaqus也可以通过层合壳模型和加强筋模型进行描述。Abaqus软件的帮助文档中更是具有完整的轮胎分析实例，是轮胎仿真工程师入门的绝佳利器。
虽然轮胎有限元分析还存在一些问题需要优化解决，但是不可否认的是，有限元分析技术具有很多物理试验不可替代的优势，并已经成为轮胎产品研发的一种重要方法。
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