子午线轮胎有限元分析 第9讲子午线轮胎温度场分析

子午线轮胎是由多种材料组成的复杂结构体。轮胎在周期性载荷的作用下,橡胶和骨架材料的滞后损失、橡胶与骨架材料之间的摩擦等因素会导致生热,使轮胎温度升高。轮胎的使用温度很大程度上决定着轮胎的使用寿命。轮胎所用材料的力学性能和耐疲劳性能与温度密切相关,使用时温升越高,性能下降就越大,过高的温升甚至会导致材料性能严重下降,使轮胎迅速损坏。因此,轮胎设计人员在积极寻求一种能够有效降低轮胎滚动生热、延长使用寿命的方法,轮胎滚动内部温度场一直是国内外研究的一个热点。1轮胎应力/应变与温度的关系影响轮胎生热和温升的因素主…     

采用固德里奇屈挠试验机研究轮胎的生热

在固德里奇屈挠试验机上测试硫化轮胎的相对生热,可说明轮胎组合件中不同层的相对稳定性。变化橡胶-帘布比率,并对所有的试样按轮胎的径向、切向和横向进行测试,从而对轮胎在使用条件下的生热情况有所了解:无论测试方向如何和试样的橡胶-帘布比率怎样,轮胎的胎体-橡胶界面总是呈现出最大的温度上升。     

用计算机模拟预测滚动轮胎的温度

已经采用数字计算法来评估轻型光胎面斜交轮胎在不同速度、充气压力和负荷条件下的温度分布。在用有限元分析进行模拟之前,先分别进行了两组有关评估滞后损失(H)和总应变能(Used)的试验,即动态力学试验和材料试验。滞后损失能量用(H× Used)表示,滞后损失能被认为与生热速率有直接关系。假设温升是由于周期变形而产生的能量消耗所致,则可把这种能量消耗看作是主生热源。滞后能损失被用作将滚动轮胎的应变能密度与热源连接的桥。通过稳态热分析可以获得滚动轮胎的热分布。上述方法表明可以简化滚动轮胎的温度分布模拟。可通过导入有效的计算过程来减少轮胎偶合三维动态滚动模拟的时间。参考其它研究公布的结果讨论了不同条件下的温升。     

子午线轮胎自动化设计单元和受力状态的计算

介绍计算子午线轮胎生热与应力－应变用的ＣＡＳＣＡＤ软件包。轮胎应力－应变计算模型以非线性壳理论为基础，既考虑了胎体与带束层的各向异性，又考虑了路面接触中的大位移，认为负荷下轮胎运动时材料部位的周期性应力是生热的原因，该项问题用稳态下二维轴对称模型来求解。所有的几何前处理在ＡＵＴＯＣＡＤ软件包中完成。     

全钢子午线轮胎应力和生热研究

结合有限元和有限差分法对全钢子午线轮胎的应力和生热进行研究。分析结果表明,影响轮胎升温历程的因素包括轮胎的应变能、材料的动态粘弹性模量和损耗因子以及与滚动速度有关的散热边界条件。材料的模量匹配和结构设计可改变轮胎内部的应力、应变分布,即应变能的分布,进而影响生热率,不同工况应采取不同的设计方案。     

轮胎胎面胶配方

本发明提供一种飞机和直线电动机汽车等用的高速高负荷轮胎,特别是提供适用于飞机的轮胎。本发明轮胎可兼顾高温条件下的耐磨性、耐生热性、抗人字形割口性和抗崩花性。本发明轮胎的胎面胶具有40~100质量份天然橡胶和/或聚异戊二烯橡胶的橡胶成分。胎面胶在180℃以上和2%动态应变下的动态储能模量E′为在150℃和2%动态应变下的动态储能模量E′的70%以上。     

CNT及Al2O3增强NR制备低生热高导热橡胶复合材料的工程化研究

橡胶材料的粘弹特性使其在周期性载荷下生热很大,而橡胶是热的不良导体,容易造成热积累,对于轮胎来说则容易产生热损伤。为了解决这一难题,风神轮胎股份有限公司与北京化工大学在国家973计划课题的支持下,对低生热高导热橡胶复合材料进行了工程化研究。首先通过进行小型密炼机混炼实验,与前期开炼机及对比胶相比,性能达到了制备轮胎要求,之后采用低温一次法炼胶技术进行了规模化生产,可以实现大规模连续化生产,制备的碳纳米管导热胶与企业对比胶相比导热率提高50%,并成功将导热胶加入到工程子午胎基部胶中,轮胎性能良好。     

定子橡胶衬套生热影响因素分析

将金属转子处理成刚体,橡胶衬套定子处理成弹性体,材料选取Mooney-Ritalin本构模型,采用平面应变单元,建立定转子接触非线性有限元模型。分析了材料硬度、转速、损耗因子和流体压力对橡胶衬套滞后生热和摩擦生热的影响,其中滞后生热引起橡胶衬套温升起主要作用,橡胶硬度使温升略有减小,转子转速和损耗因子均导致温升显著增加,非均匀压力能够降低橡胶衬套温升。     

定向短纤维橡胶复合轮胎和短纤维子午线农业轮胎分获实用新型专利权

近日,由青岛橡胶工业研究所研制的定向短纤维橡胶复合轮胎和短纤维子午线农业轮胎分别获得国家知识产权局实用新型专利权,专利号分别为ＺＬ98252050.6和ＺＬ00200529.8。这两项专利的最大特点是将定向短纤维橡胶复合材料应用于轮胎胎体,这无疑是轮胎结构材料调整的一大突破。其应用原理是,以不连续的化学纤维短纤维为骨架材料,以ＮＲ/ＳＲ并用橡胶为基质,将经特种助剂处理过的短纤维在基质中按轮胎的力学性能要求有规排列,定位交联后得到了强有力的有机统一体,可有效解决轮胎的肩空、胎体脱层、磨胎冠等问题,并能有效地降低轮胎内摩擦生热和…     

不同滑移条件下的航空轮胎热力耦合仿真研究

对橡胶轮进行有限元仿真分析,建立同时考虑摩擦生热与滞后生热的热力耦合流程,根据着陆过程中航空轮胎的滑移率随温度变化曲线,研究不同滑移率下橡胶轮的温度场分布规律。结果表明：随着滑移率的减小,橡胶轮接触区表面的温度逐渐降低,橡胶轮内部生热温度分布范围不断扩大,生热温度逐渐升高;在滑移率从0.8减小到0.2的过程中,橡胶轮整体温度场的最高温度出现在外表面接触区,且随着滑移率的减小,橡胶轮的最高温度逐渐降低。     

轮胎硫化过程的有限元分析

开发了能够较准确地数值模拟轮胎硫化过程的有限元分析软件。该软件考虑了轮胎材料的非均质性、橡胶基复合材料传热性能的各向异性、轮胎硫化时橡胶材料伴有的反应生热以及轮胎硫化的实际加温历程。对某载重子午线轮胎的硫化过程进行的仿真计算得到的数值表明该有限元数值仿真软件有效、可靠。     

炭黑填充橡胶复合材料动态力学性能和生热预报

基于应变放大因子的概念,对炭黑填充橡胶的动态力学性能和不同外载条件下的生热性能作了分析预报。对非均一橡胶复合部件或混炼不充分导致炭黑分散不均匀胶料和生热性能和动态模量进行了研究,用两种材料并联而成的复合材料模型说明了炭黑分散度对橡胶性能的影响。结果表明,随着炭黑分散度的提高,动态模量和滞后损失都下降,并且趋于炭黑完全分散时的值。还对复合部件在不同外载条件下的生热情况和动态性能作了比较。     

炭黑填充橡胶复合材料动态力学性能和生热预报

基于应变放大因子的概念,对炭黑填充橡胶的动态力学性能和在不同外载条件下的生热性能作了分析预报。对非均一橡胶复合部件或混炼不充分导致炭黑分散不均匀胶料的生热性能和动态模量进行了研究。用两种材料并联而成的复合材料模型说明了炭黑分散度对橡胶性能的影响。结果表明,随着炭黑分散度的提高,动态模量和滞后损失都下降,并且趋于炭黑完全分散时的值。还对复合部件在不同我上的生热情况和动态性能作了比较。     

抗湿滑轮胎胎面胶配方的研究

研究羧基改性溶聚丁苯橡胶(SSBR)、丁腈橡胶(NBR)和高性能橡胶助剂Nanoprene在抗湿滑轮胎胎面胶中的应用。结果表明:在胎面胶配方中,以SSBR等量替代ESBR,胶料的门尼焦烧时间和t90延长,硫化胶的300%定伸应力和撕裂强度增大,湿抓着性提高,压缩生热降低,耐磨性能变化不大;加入20份Nanoprene,胶料的门尼焦烧时间和t90延长,硫化胶的300%定伸应力增大,湿抓着性提高,压缩生热降低,耐磨性能下降;加入5份NBR,胶料的硫化特性、硫化胶的物理性能和压缩生热变化不大,湿抓着性提高,耐磨性能下降。     

轮胎滚动温度场分布研究

分析了轮胎载荷、内压以及速度对轮胎热生成率的影响,计算了195／60HR14轮胎花纹沟底部、胎肩和胎趾3个热点在不同条件下的热生成率。通过对轮胎表面空气流动形态和速度分布的分析建立了轮胎外表面的热边界模型,并采用该模型预报了195／60HR14轮胎的温度场。     

地面高速轮胎复合材料生热专家系统的应用

介绍地面高速轮胎复合材料生热计算机专家系统。该系统在对不同规格、不同厂牌的轮胎进行大量测温试验主材料生热性能试验的基础上,利用轮胎材料生热性能和导热性能的研究结果,采用有限元计法计算轮胎各部件在各种使用条件下的温度场分布,并进一步研究了轮胎生热与气压,速度及负荷等使用条件之间的关系。应用该系统有利于各种使用条件的合理匹配,确保轮胎正常使用。     

轮胎材料在典型环境下老化性能研究进展

对实验室轮胎的老化方法及轮胎橡胶材料在典型环境下的失效进行了总结,并综述了轮胎橡胶在热氧、湿热和臭氧环境下的老化行为、老化机理及防老化措施,展望了轮胎抗老化性能研究的发展趋势。     

子午线轮胎胎冠部橡胶结构数值模拟

本文针对12.00R20全钢丝载重子午线轮胎,基于组合模型技术建立了带复杂花纹的全局模型,基于子模型技术建立了胎冠部具有精细网格的接地区子模型,并验证其有效性。应用子模型精确模拟了静负荷工况下胎冠部橡胶结构的应力应变特征,并分析胎冠部5个危险区域的应力情况。结果表明,子午线轮胎的带束层端部（区域M）在使用中是最容易破坏的位置,由于材料及结构均存在突变,其应力集中和剪切变形在整个胎冠部位是最严重的。基于此,提出改进方法。     

Two advanced styrene‐butadiene/polybutadiene rubber blends filled with a silanized silica nanofiller for potential use in passenger car tire tread compound

Styrene‐butadiene rubber (SBR) and polybutadiene rubber (BR) were mixed together (75:25 by mass) to produce two SBR/BR blends. The blends were reinforced with a precipitated amorphous white silica nanofiller the surfaces of which were pretreated with bis(3‐triethoxysilylpropyl)‐tetrasulfide (TESPT). TESPT is a sulfur‐bearing bifunctional organosilane that chemically bonds silica to rubber. The rubbers were primarily cured by using sulfur in TESPT and the cure was optimized by adding non‐sulfur donor and sulfur donor accelerators and zinc oxide. The hardness, Young's modulus, modulus at different strain amplitudes, tensile strength, elongation at break, stored energy density at break, tear strength, cyclic fatigue life, heat build‐up, abrasion resistance, glass transition temperature, bound rubber and tan δ of the cured blends were measured. The blend which was cured with the non‐sulfur donor accelerator and zinc oxide had superior tensile strength, elongation at break, stored energy density at break and modulus at different strain amplitudes. It also possessed a lower heat build‐up, a higher abrasion resistance and a higher tan δ at low temperatures to obtain high‐skid resistance and ice and wet‐grip. Optimizing the chemical bonding between the rubber and filler reduced the amount of the chemical curatives by approximately 58% by weight for passenger car tire tread. This helped to improve health and safety at work and reduce damage to the environment. © 2011 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2012     

抗硫化返原剂在载重子午线轮胎中的应用研究

研究抗硫化返原剂对胶料性能的影响,通过对比抗硫化返原剂Z500和PK900在各种硫化体系中的作用,寻求提高载重子午线轮胎胶料热稳定性的方法.结果表明,添加抗硫化返原剂胶料硫化特性变化不明显;硫化返原速度,特别是过硫后的硫化返原速度大大降低;硫化胶物理性能及其过硫后保持率提高,生热降低;抗硫化返原剂Z500更适合全钢载重子午线轮胎和工程机械轮胎的硫化条件,而PK900则更适用于高温或长时间过硫化的场合或与其它抗硫化返原剂并用.