小偏置正面碰撞轮胎失效仿真：对整车动力学的影响
小偏置正面碰撞中，车辆外缘缺乏溃缩区保护，成为主要载荷传递路径。轮胎、车轮及悬架系统直接承受冲击载荷。撞击刚性壁障的轮胎通常爆胎，轮胎/轮毂破裂、脱圈失去气密。轮胎爆破影响悬架运动学与变形，进而影响整车碰撞性能。
准确预测车辆碰撞响应，必须考虑轮胎爆破导致的压力下降。因此，建模由材料损伤和/或脱圈密封失效引起的轮胎爆破，是复现小偏置碰撞事件的关键。本文介绍Abaqus中轮胎有限元建模以实现碰撞仿真中的轮胎爆破。
轮胎建模
第一步：建立二维轴对称轮胎充气模型。包括：轴对称实体单元建模胎面与侧壁；嵌入式轴对称面单元建模带束层与帘布层；轴对称壳单元建模轮毂。
第二步：充气分析结束后，将二维模型绕轴旋转360度生成对称三维轮胎模型。通过Abaqus/Standard中*SYMMETRIC MODEL GENERATION选项的FILE NAME参数，创建扩展名为.axi的三维模型文件，含节点、单元、截面定义。
轮胎爆破建模
复现轮胎爆破的关键是建模两种失效机制：轮胎与轮毂的材料破裂、脱圈。因此需对三维轮胎模型做以下修改：侧壁与轮毂建模为两个独立部件以允许分离（模拟脱圈）。钢圈需有足够阻力与摩擦，在建议胎压下保持轮胎完整。此处用三维梁单元建模钢圈。
胎面与侧壁材料属性必须能捕捉冲击下橡胶破坏性损伤，形成开口使空气逸出导致爆胎。取决于冲击角度、速度等条件，任一机制可率先触发爆破。无论材料破裂还是脱圈先发生，均随之而来的是轮胎快速泄压、悬架失去支撑。
Abaqus流体腔特性用于模拟轮胎内压。由覆盖轮胎与轮毂内侧的面单元定义封闭体积，与轮胎轮毂内层节点共享节点。胎压与封闭体积相关。为考虑材料失效，胎面侧壁橡胶采用超弹性材料配合损伤准则。材料损伤单元删除后，下层面单元在压差作用下被推出轮胎外部。
流体腔体积迅速增大，胎压随之下降。为模拟脱圈，轮胎与轮毂接触区建模如下：轮毂上与侧壁相连的环形面单元重新划分更细网格，在流体腔封闭体积上形成两层自由节点。添加两层材料刚度可忽略的壳单元，与两层面单元共享节点。定义壳单元与轮毂接触，保持自由节点位置（轮胎轮毂未分离时）。
自由节点错开避免与轮毂重合以改善接触条件。脱圈发生时，自由节点穿过开口，体积增大，轮胎泄压。红线对应带底层壳单元的面单元，封闭轮胎与轮毂间隙，形成流体腔封闭体积。
仿真结果
仿真了垂直冲击、侧向冲击、45度冲击。垂直冲击时冲击器接触胎面，轮毂接触胎面处橡胶损伤，随之爆胎压力骤降。侧向冲击时冲击器接触侧壁，侧壁与轮毂分离，随之爆胎压力骤降。45度冲击两种机制均发生，导致轮胎泄压。
材料失效先于约4ms发生，另一侧约4.5ms发生脱圈（因冲击轮毂移动快于侧壁）。仿真得流体腔压力曲线：材料失效后压力因冲击压缩仍上升约0.5ms，随后下降。约5.5ms轮胎完全泄压。从首次材料失效到零压力，爆破过程总耗时1.5ms。
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