外轮廓和结构参数对载重子午线轮胎疲劳寿命的影响

以载重子午线轮胎11.00R20为研究对象,用应变能密度梯度(SEDG)作为轮胎疲劳寿命的评价指标,探讨轮胎外轮廓和关键结构参数对轮胎疲劳寿命的影响。结果表明:胎圈处曲率半径减小,轮胎疲劳寿命降低,反之则提高;胎肩处曲率半径减小,轮胎疲劳寿命提高,反之则降低;采用4层带束层并合理设定胎体帘布反包高度及其与钢丝加强层间的高度级差,能有效减小轮胎的SEDG模,从而提升轮胎的疲劳寿命。     

轮胎帘线-橡胶复合材料的疲劳(一)

子午线充气轮胎带束层部帘线-橡胶复合材料的疲劳性能取决于应力、应变、温度和材料复合结构。用实物轮胎进行道路试验发现,根据高的层间剪切应变会降低轮胎疲劳寿命的试验结果可以判定,层间剪切应变是轮胎损坏的关键参数。评估了不同负荷幅值对轮胎疲劳寿命、合成应变增加率("动态蠕变")、周期疲劳应变和试样温度的影响。     

三辊疲劳试验机检测钢丝帘线疲劳寿命

钢丝帘线在轮胎使用过程中承受着周期性的弯曲变形,其弯曲疲劳寿命直接影响轮胎的使用性能、寿命和安全性。目前在钢丝帘线生产和产品开发过程中尚未建立有效的钢丝帘线弯曲疲劳寿命检测方法。本工作利用三辊疲劳试验机模拟轮胎使用过程中钢丝帘线的反复弯曲变形,对钢丝帘线疲劳寿命进行检测。     

钢丝加强层帘线角度对全钢载重子午线轮胎胎圈性能的影响

利用Marc有限元分析软件,建立轮胎轴对称模型,研究钢丝加强层帘线角度对全钢载重子午线轮胎胎圈性能的影响。结果表明,钢丝加强层帘线角度在0~24°之间,反包端点的最大等效应力和应变能密度呈缓慢上升趋势;24°时达到峰值,然后开始下降;在30~40°之间,反包端点的最大等效应力和应变能密度下降较快。采用40°帘线角度可显著降低胎体反包端点的等效应力和应变能密度。     

235/45R18轮胎带束层帘线的有限元优化设计

通过四因子三水平正交试验,用有限元分析软件Abaqus对235/45R18轮胎带束层帘线截面积、帘线间距、1~#带束层帘线角度、2~#带束层帘线角度进行优化设计,分析带束层端部的最大Mises应力和最大应变能密度以及胎面最大接地应力。结果表明,带束层帘线截面积为0.16 mm2、帘线间距为1.6 mm、1~#带束层帘线角度为58°、2~#带束层帘线角度为122°时,轮胎带束层端部的最大Mises应力和最大应变能密度以及胎面最大接地应力最小,轮胎使用寿命更长。     

利用加强筋单元分析子午线轮胎的结构

根据10．00 R20型全钢载重子午线轮胎的实际结构,考察了轮胎的材料非线性、接触非线性以及大变形等力学特性,利用加强筋单元模拟了钢丝帘线／橡胶复合材料,建立了子午线轮胎的非线性有限元分析模型,分析了轮胎在充气压力及垂直栽荷下接地印痕上的压力分布、剪应力、摩擦应力、接触及变形情况。结果表明,轮胎静态接地印痕上的压力分布是不均匀的,压力分布呈中部小、两端高的马鞍形;剪应力分布也不均匀,在胎肩部位剪应力较大;带来层边缘应变能密度较大。     

帘线角度对轮胎静态接地工况影响的有限元分析

建立了9.00-20 16PR载重斜交轮胎静态接地三维非线性有限元模型，分析了相同充气压力和下沉量下，帘线角度对轮胎接地状态下的变形、应力及应变的影响。结果表明，随轮胎胎体帘线角度的增大，轮胎断面宽、胎圈部位帘布层的层间剪切应力、胎体帘布第一主应力及第一主应变增大，而轮胎外直径、最大垂直接触应力及最大摩擦应力减小。     

载重子午线轮胎帘线受力有限元分析

基于ABAQUS非线性有限元分析软件建立12.00R20载重子午线轮胎有限元模型,并分析轮胎在标准充气压力、不同载荷条件下静态加载时帘线受力变化的基本特征.结果表明,负荷对轮胎接地区域内帘线受力影响显著,带束层和胎体帘布层以接地影响区边缘为帘线受力变化的分界点;胎圈部位胎体帘线受力随载荷增大而减小的幅度很小,有利于减小胎体端部的应变.     

轮胎骨架材料带束层的有限元分析

使用ABAQUS有限元分析软件,考虑了轮胎材料的非线性、接触非线性及轮胎结构非线性等因素,建立了195/65R15半钢子午线轮胎三维有限元分析模型。探讨充气工况和静负载工况下轮胎及轮胎骨架材料带束层受力变形的情况,并对带束层不同部位帘线的受力及胎肩部位变形情况进行了分析。结果表明,带束层帘线径向受力分布与轮胎接地区域应力分布相似,按照中心轴线对称分布,最大值出现在胎肩位置,约为142N;通过带束层帘线在胎肩部位变形分析可知,帘线在胎肩部位最大周向变形量约为16mm。     

轮胎用非塑性纤维帘线补强材料

用于轿车轮胎主带束层补强的普通帘线材料是钢丝帘线。聚酯、尼龙和人造丝之类的塑性纤维帘线往往用于轮胎的胎体和冠带层。本文提出用浸胶玻璃纤维、芳纶纤维和碳纤维帘线作为替代帘线。将回顾这些帘线的历史,并介绍现代材料和技术,其中包括高拉伸强度玻璃纤维的特性和改进高疲劳寿命帘线的加工工艺。通过用这些非塑性帘线替代钢丝帘线可制造出重量轻得多的轮胎。具有两层帘布层的(例如芯线为碳纤维,皮层为玻璃纤维的复合帘线)的新轮胎结构可获得效果显著的抗屈挠疲劳寿命。     

子午斜交轮胎力学性能有限元分析

提出一种新型子午斜交轮胎结构,即将子午线轮胎胎侧部位的胎体帘线子午结构改为斜交结构,并利用有限元模型对子午斜交轮胎和子午线轮胎的特性进行对比分析.结果表明:与子午线轮胎相比,子午斜交轮胎的径向刚度较高;胎侧应变能密度分布较连续且相对均匀,且最大应变能较低;胎面横向接地压力分布较均匀、尤其是胎肩处的应力集中区域较小,接地印痕形状近似椭圆形;带束层边缘的剪切应变峰值较小.     

加强筋单元在轮胎带束层力学性能分析中的应用

根据轮胎材料非线性、接触非线性以及大变形等复杂的力学特性,利用加强筋单元描述钢丝帘线-橡胶复合材料,建立了10.00 R 20全钢载重子午线轮胎的三维非线性有限元模型.借助有限元分析软件MSC.MARC,分析了轮胎在充气压力、垂直载荷以及稳态滚动下各带束层中的应力分布情况.结果表明:在这3种工作状况下,各带束层中的应力分布和大小发生了较大变化;给出了带束层应力在此3种情况下的变化规律.     

有限元技术在轻型载重子午线轮胎结构优选中的应用

采用有限元分析方法分析不同结构设计方案对7．50R16轻型载重子午线轮胎力学性能的影响。结果表明,充气状态下,3层带柬层（方案2）轮胎的第1带束层帘线受力远小于2层带束层（方案1）轮胎,但第2带束层受力大于方案1;加载状态下,方案2的第1和2带束层反包端点和胎体反包端点单元橡胶材料应力和应变能密度较方案1减小很多,但加强层反包端点单元橡胶材料的应力和应变能密度较方案1大;驱动和制动状态下,方案2的胎体反包端点单元橡胶材料应力和应变能密度较方案1略小,但加强层反包端点单元橡胶材料应力和应变能密度较方案1大;方案2的肩部力学性能更好。     

用有限元法研究带束层角度对轿车轮胎性能的影响

以有限元分析软件为工具，对4个具有不同带束层角度的设计方案进行了分析，重点考察了带束层角度对轿车子午线轮胎变形、带束层、冠带层的应变能密度、正应力、剪应力的影响，同时还讨论了带束层角度对轮胎偏磨的影响及编磨产生的机理。     

子午线轮胎充气和负荷加载数值分析

利用MSC.MARC软件对子午线轮胎的骨架材料进行三维非线性有限元计算,带束层、胎体和钢丝圈等部位采用rebar单元以及实体Herrmann单元进行模拟,橡胶材料采用Yeoh材料模型描述. 轮胎在不同充气压力、不同负荷以及滚动状态下的受力计算结果与实际情况一致.采用该方法有助于改进轮胎结构设计、提高轮胎性能.     

全钢巨型工程机械子午线轮胎轮廓设计方法探索及实践

采用形变控制设计方法(Deformation Control Method,DCM)设计全钢巨型工程机械子午线轮胎轮廓,利用有限元技术进行分析优化,并研制出成品轮胎与国外品牌轮胎进行对比试验。全钢巨型工程机械子午线轮胎具有高负荷、瞬间受力大、路面使用条件苛刻等特点,设计上应控制充气时轮廓、带束层端点应力以及胎圈区域的应力应变。有限元分析结果表明,不同负荷下轮胎轮廓变化与DCM设想一致,且轮胎最大应力位置始终在肩部带束层端点附近。轮廓测量结果表明,在标准充气压力下,随着负荷率的增大,DCM成品轮胎的轮廓变化趋势与国外品牌轮胎一致,但国外品牌轮胎的胎面变形更小,断面水平轴下移更小、大负荷下胎侧横向变形率较大。实际应用情况表明,DCM成品轮胎的使用寿命达到预期国际品牌轮胎的70%左右。     

185/70R14轮胎的稳态滚动仿真分析及试验对比研究

采用大型通用有限元仿真分析软件,建立185/70R14轮胎的静态和稳态滚动仿真分析模型,考察不同状态下子午线轮胎内部受力、印痕形状以及外缘尺寸等.结果表明,不同速度下仿真计算半径与实测半径相对误差小于2%;随着速度的提高,印痕形状接近蝴蝶形,胎肩压力增大;肩部带束层骨架材料和带束层端部橡胶材料应变能密度和应力、应变均随速度的提高而增大.     

辐板式聚氨酯轮胎的侧偏滚动性能研究

建立聚氨酯辐板与橡胶胎面相复合的辐板式聚氨酯轮胎模型,并采用有限元软件Abaqus分析其在侧偏滚动状态下的力学性能、接地性能和操控性能。结果表明：相比子午线橡胶轮胎,辐板式聚氨酯轮胎胎面胶和带束层帘线的受力分布更均匀,可有效避免带束层脱层现象的发生;支撑板的上下两端及中部易发生疲劳损坏,因此合理地设计支撑板结构十分必要;侧偏刚度和回正刚度相差不大。     

轮辋着合宽度对全钢子午线轮胎性能影响的有限元分析

以275/70R22.5公共汽车专用轮胎研发为例,采用有限元分析方法探讨7.50,8.25和9.00不同轮辋对轮胎整体性能的影响。结果表明:随着轮辋着合宽度(C)增大,胎体帘布反包端点和钢丝圈包布外端点区域的应力、应变和应变能极值及其变化幅值整体大幅下降,该区域的平均应变能密度也大幅下降,使用大规格轮辋对胎圈性能有益;随着C值增大,带束层端点区域的应力、应变和应变能极值及其变化幅值呈增大趋势,与胎圈部位恰恰相反,增大轮辋会导致胎肩脱层增加;随着C值增大,接地压力分布中心向肩部转移,可改进耐磨性能;C值增大,轮胎负荷能力略有提高。