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本文使用热力学半合方法，利用ABAQUS软件的非线性功能计算载重子午线轮胎的滚动阻力及滚动阻力系数。结合结构分析和温度场分析，建立了轮胎滚动阻力的计算方法和流程，以得出不同工况下轮胎滚动阻力和滚动阻力系数，并初步分析了速度、载荷和充气压力对轮胎滚动阻力及滚动阻力系数的影响。
轮胎滚动阻力研究的背景与意义
轮胎是汽车众多零部件中唯一 一个接地部件，轮胎的滚动阻力会直接影响汽车的燃料经济性，而轮胎自身的磨耗也可能存在一定的安全隐患。
近年来，越来越多的国家及地区要求对降低轮胎助力的进行统一规范，这样使得汽车制造商越来越重视轮胎滚动阻力的研究。因此，进行轮胎滚动阻力研究也就变得十分具有意义。
载重胎滚动阻力计算流程
下面我们采用三维非线性有限元方法，综合考虑轮胎力学所涉及的几个非线性特性，并结合轮胎热力学，进行耦合分析。图1展示了分析的流程。同时 ，我们利用模块化和迭代分析的方法 ，完成了轮胎热力耦合有限元分析 。
本篇文章主要讨论两种耦合效应：一是研究应力和应变分布对轮胎热能产生的影响，进而影响轮胎温度场分析中的温度分布。二是探讨轮胎温度场分布对损耗因子和材料特性等其他因素的影响，从而影响结构分析中的应力和应变情况。
有限元计算实例
根据本文介绍的方法和流程，我们对全钢子午胎的零度带束结构进行了滚动阻力和温度场的计算。下面以1000r20载重轮胎的标准工况为例，计算该轮胎的滚动阻力和滚动阻力系数。该轮胎的标准充气压力为910kPa，对应的标准载荷为31373N。
如图2所示，轮胎结构分析单元是通过将钢丝帘线划分为杆单元来模拟的，轮胎三维网格模型则是通过二维截面的旋转得到的。对于胎面和转鼓的约束，我们使用面与面之间的接触方式进行定义。而对于胎圈与轮辋的接触，则通常有两种处理方式：一是通过面与面之间的接触方式来定义，二是直接在轮胎的安装节点上施加位移约束。考虑到计算精度和计算时间两个方面因素，我们先采用面与面之间的接触方式进行轮胎的二维组装和充气计算。然后，从该计算结果中提取出轮绸与轮胎接触处节点的位移，再依据该位移来约束涉及接触节点的轮胎三维结构分析。图3展示了全钢子午线轮胎结构分析的部分计算结果。
通过结构分析计算得出轮胎各部分的生热率，进而进行轮胎温度场分析。其中，在轮胎标准工况下，生热率分布情况如图4所示，而在该工况下，轮胎的温度场分布情况则如图5所示。
根据上述的计算方法和流程，我们对不同充气压力、稳态速度和垂直载荷的组合工况进行了滚动阻力和滚动阻力系数的分析计算。部分结果在图6、7中呈现，用于计算1000r20轮胎的滚动阻力系数。。
本文采用了非线性有限元方法，对钢丝胎载重子午线轮胎进行了热力学半耦合分析。以1000r20为例，在标准充气压力和标准载荷下进行了组装、充气、静态和稳态加载等条件的计算，预测了轮胎应力应变和接触应力、生热率、以及温度场分布。在此基础上，利用材料的迟滞能量模型和滚动阻力定义，针对1000r20轮胎不同的充气压力、垂直载荷和稳态滚动速度组合，预测了滚动阻力和滚动阻力系数。
通过计算结果表明，滚动阻力及其系数受垂直载荷影响较大，随着载荷的增加而增加，变化趋势非常明显。滚动阻力及其系数对稳态滚动速度的影响较小，变化趋势较为平缓。由于选定的工况组合限制，所选择的工况点并未完全反映出充气压力变化的曲线，但从所选定的工况点计算结果来看，可以初步发现滚动阻力及其系数随充气压力增大而降低的趋势。后续的滚动阻力试验将验证计算结果的精度和合理性。
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