海外橡膠期刊摘要精選

海外橡膠期刊摘要精選

《輪胎科技》2014, Vol. 42 No.1～No.4 Tire Science and Technology

鑲釘輪胎對路面造成的損壞

鑲釘輪胎自投入使用以來就存在著爭議。在冬季路面有冰的惡劣情況下,鑲釘輪胎可以增加摩擦系數(shù),提高行車安全,當(dāng)然它們也會損壞正常的路面。因此,開發(fā)鑲釘輪胎的一個主要挑戰(zhàn)就是減少對路面的損壞,同時仍能在冰面上保持良好的抓地性能。所以,首先要弄清楚鑲釘輪胎對路面損壞的機理和影響參數(shù)。

一種使用室內(nèi)轉(zhuǎn)鼓試驗方法被開發(fā)出來。對鑲釘輪胎造成路面損壞機理的分析源于基本分析模型,這些機理被用于識別鑲釘輪胎對路面造成損壞的主要參數(shù)。用開發(fā)的試驗方法得到的試驗結(jié)果證明預(yù)測的因素。車輛的行駛速度和鑲釘?shù)馁|(zhì)量是造成路面損壞的主要因素。這就能解釋鑲釘?shù)臎_擊是造成路面破壞的主要因素。借助于提出的試驗方法,能夠量化在可控條件下鑲釘輪胎對路面造成的損壞。這些機理也考慮到了輪胎結(jié)構(gòu)和變化的運轉(zhuǎn)情況對路面損壞的影響。

使用壓電換能器模擬充氣輪胎中應(yīng)變能量的收集

提出了從滾動輪胎的變形中獲取能量的可行性評估研究方法,借此推出一套安裝在輪胎內(nèi)腔中的輪胎監(jiān)測裝置。這套工藝是通過使用彈性的壓變復(fù)合材料傳感器（PFC）進(jìn)行模擬,該傳感器粘附在輪胎氣密層上,充當(dāng)輪胎監(jiān)測裝置中的能量收集部件。當(dāng)PFC產(chǎn)生壓變時,該部件就會產(chǎn)生電荷。輪胎在滾動時,可以利用其周期性的變形來獲取能量。使用Abaqus有限元模擬法評估輪胎結(jié)構(gòu)內(nèi)的可用應(yīng)變能,以獲得PFC安裝的最佳位置。試驗測試通過能量收集部件的評估裝備進(jìn)行,它安裝在輪胎內(nèi)腔中,在控制速度和加載條件下測試PFC的性能。

違章超重牽引式掛車在快速空氣泄漏時的穩(wěn)定性分析

在加利福尼亞交通許可手冊中,車輛違章超重配置的最小輪胎-車軸寬度（全寬）是2.44 m。商業(yè)貨運車和拖掛車串聯(lián)1.82 m寬的車軸配上新一代寬基輪胎（NGWBS）后全軸寬度是2.34 m。這樣,它們就無法滿足當(dāng)前加利福尼亞州交通部門的要求。隨著NGWBS輪胎日益增長的應(yīng)用需求,雙胎和NGWBS輪胎的牽引式半拖車的穩(wěn)定性是非常重要的。該研究對使用50.8 mm外偏距車輪和25.4 mm外偏距車輪的雙胎或NGWBS輪胎的車輛進(jìn)行了對比試驗。快速空氣泄漏（RAL）事件的發(fā)生代表了一種嚴(yán)重的情況,可以在下列三種駕駛中的任一項中發(fā)生∶直線、固定的曲線、變道。試驗數(shù)據(jù)比較了使用NGWBS輪胎和雙胎卡車的差異,如提前及時發(fā)現(xiàn)輪胎的RAL事件,培訓(xùn)的司機可以控制RAL事件的發(fā)生。該研究的結(jié)論是,使用NGWBS輪胎的卡車的RAL事件和使用雙胎的卡車的RAL事件一樣可以受控,不會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

具有能量耗散的多體動力仿真隱環(huán)輪胎模型

隱環(huán)輪胎模型為免費多體動力軟件的C++模塊。它被安在一個多體模擬的車輪部件上以接收輸入的道路縱剖面,目的是用來評估輪胎在惡劣路面上滾動的暫態(tài)特性。其是定制的,可用于低側(cè)傾角、有限轉(zhuǎn)向和速度變化的信息收集,也可與路面連續(xù)接觸。它能在激發(fā)頻率達(dá)到100 Hz及路面下陷達(dá)到10 cm的情況下得到準(zhǔn)確的信息。它能對除路面剖面外的45項輪胎參數(shù)和20項算法參數(shù)進(jìn)行隱式集成。該模型能對安裝在輪軸上的米其林XZA-3輪胎進(jìn)行可信的有限元分析,產(chǎn)生校準(zhǔn)和驗證。產(chǎn)生的曲線與有限元分析的數(shù)據(jù)一致。使用手動確認(rèn)參數(shù)的Nelder-Mead 優(yōu)化工藝能夠使12個測試曲線的平均測定系數(shù)從-0.4增加到0.6。當(dāng)速度大于20 km/h時,垂直力的每一個實驗系數(shù)超過0.8。對縱向力來說,只有一個曲線的系數(shù)低于0.5。模塊中也包含了可變的時間-步長算法,發(fā)現(xiàn)大約能減少85%的實驗案例的仿真時間。

輪胎在柔軟沙灘上下沉量的研究

下沉量是驗證車輛性能的一個重要因素,因為它能造成車輛停止或明顯的環(huán)境破壞。伯恩斯坦在1913年第一次提出壓力-下沉量關(guān)系式。Janosi、Hanamoto、Hedegus得出縱向車輪滑動對下沉量也起著一定的作用。Shinone、Nakashima、Takatsu、Kasetani、Matsukawa針對輕載車輛輪胎（980N）確認(rèn)了滑動和下沉量的線性關(guān)系。本文針對垂直輪載荷、縱向車輪滑轉(zhuǎn)率、輪胎充氣壓力對輪胎在松散沙土上下沉量的影響進(jìn)行了研究,得出下沉量與車輛運行條件有關(guān)的結(jié)論。本研究的測試程序是使用Cranfield大學(xué)的單輪試驗機（SWT）在Cranfield 越野動力設(shè)施試驗場松散的沙土上進(jìn)行的。SWT用閉環(huán)伺服控制液壓驅(qū)動器來控制垂直輪胎載荷,用雙液壓馬達(dá)來控制車輪速度。SWT裝置安裝在一個獨立的原發(fā)動機牽引單元上,它能控制前進(jìn)速度。通過持續(xù)地與固定參考點進(jìn)行對比測量,計算真實的車輪速度,以便給出所期望的滑動剖面圖。在干燥的沙土上使用固特異G90輪胎進(jìn)行了一系列的控制載荷測試。四個離散通脹壓力（10、20、30和40 Psi,1 Psi=6.89 kPa）和五個垂直車輪的載荷（1、2、3、4、5 kN）代表輪胎的操作范圍。每個測試運行包括持續(xù)不斷地減少縱向車輪的滑轉(zhuǎn)率[控制的滑轉(zhuǎn)率從85%（驅(qū)動）直線下降到-15%（制動）]。然而當(dāng)車輪滑轉(zhuǎn)率大于10%時,似乎線性地增加了下沉量,正如Shinone等的發(fā)現(xiàn),滑轉(zhuǎn)率和下沉量的整體關(guān)系是非線性的。

滾動模擬胎面花紋模型中四面體有限元的有效性

在胎面花紋上生成結(jié)構(gòu)化六面體有限元網(wǎng)格是一項具有挑戰(zhàn)性的艱苦工作,這是由于其復(fù)雜的幾何圖案造成。但是,生成高質(zhì)量的四面體網(wǎng)格相對簡單,而且可以完全自動化。雖然方便并節(jié)約時間,但是分析師一直避免使用四面體網(wǎng)格,因其接觸應(yīng)力的精度不足會影響對花紋磨損的預(yù)測。胎面膠配方的最新進(jìn)展已經(jīng)極大地改善了四面體網(wǎng)格接觸應(yīng)力的精度。進(jìn)行了在較慢滾動條件下四面體網(wǎng)格和六面體網(wǎng)格的預(yù)測結(jié)果的對比研究,比較了針對接地印痕的解決方案,比如接觸應(yīng)力以及整體解決方案,再如殘余回正力矩。

飛機輪胎的試驗?zāi)Σ亮蜏囟日{(diào)查

使用刷式模型方法為飛機輪胎建模,橡膠和瀝青間的摩擦系數(shù)μ不僅按照使用壓力和滑動速度/滑動比率,而且也通過接觸區(qū)域內(nèi)部的局部溫度來描述。其影響不容忽視,因為它能導(dǎo)致明顯的材料屬性的改變。因此,在不同的測試平臺上,使用紅外攝像機熱記錄儀進(jìn)行了分析研究。

首先在高速線性測試儀（HiLiTe）上進(jìn)行測量,使用德國漢諾威萊布尼茲大學(xué)動力學(xué)和振動研究所（IDS）的測試平臺。它能測試100%固定滑動率的單一胎面塊狀樣品,該樣品在各種路面上,比如干濕瀝青、混凝土,以及冰雪上純滑動。

本文的研究結(jié)果顯示,與跑道表面與樣品的實際接觸相比,對流對胎面花紋塊冷卻的影響更小。因為較低的表面溫度能導(dǎo)致更高的摩擦力,這種沖擊對激勵頻率起反作用,會造成橡膠樣品在高速時升溫。一旦這些沖擊開始匯集,準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)摩擦系數(shù)在長期的持續(xù)測試中就可能得到。盡管如此,由于永久滑動,隨著橡膠熱頂層的偶爾脫落,磨損會使其冷卻。

除了這些在HiLiTe的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)測試之外,還用自動運行測試平臺對飛機輪胎的熱行為進(jìn)行了研究。它通過改變區(qū)域內(nèi)外的客機輪胎載荷、速度和滑動角度,在機場跑道上進(jìn)行了真實的測試。測試時可以觀察到新的和部分未知的影響因素。溫度主要受滑動角度的影響,其次是速度和載荷。另外,輪胎和跑道的接觸會導(dǎo)致胎面的冷卻,但沒有改變花紋溝槽內(nèi)部的溫度。如果跑道的溫度很低的話,花紋溝槽內(nèi)部的溫度就會將熱量傳遞到胎面上。

輪胎在濕地面滾動時的甩水比較

汽車或卡車在濕地面上滾動造成的輪胎甩水對所有司機來說都是熟知的危害。過去,努力消除輪胎甩水的影響主要集中在測試附加設(shè)備方面。這些設(shè)備能有限地控制輪胎甩水。另一個方法是檢查輪胎甩水的源頭—輪胎和濕路面。

本文描述一套安裝在實驗室的輪胎甩水模擬設(shè)備,在受控環(huán)境下,仔細(xì)檢查甩水。該設(shè)備控制輪胎槽產(chǎn)生的甩水,然后通過滾動的輪胎從路面帶走。使用高速錄像來捕捉輪胎的順流甩水模式并記錄在磁盤上。磁盤的錄像然后通過計算機進(jìn)行處理。一個“時間-排水”的概念被用來介紹描述甩水離開輪胎時的角度。然后比較不同輪胎的甩水模式。

重型卡車司機工作負(fù)荷的調(diào)查

隨著車輛技術(shù)的提高和路上車輛數(shù)量的增長,司機的工作負(fù)荷在汽車行業(yè)越來越引起大家的興趣。操作因素和環(huán)境因素影響著司機選擇行駛路線的能力,同時在精神和體力方面對司機提出了大量要求。司機操作環(huán)境的關(guān)鍵因素是車輛。在本研究中,針對8級拖拉-半掛車組合車輛,介紹了不同的輪胎配置（比如,雙基和寬基）對司機工作負(fù)荷的影響。通過四項演習(xí)對司機工作負(fù)荷的表現(xiàn)進(jìn)行評估∶60 m半徑的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)圈、120 m半徑穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)圈、道路歷程、北大西洋公約組織應(yīng)急車道改變演練。將表面肌電（sEMG）電極分別置于駕駛員左、右手腕屈?。ǔ邆?cè)腕屈?。┖陀沂滞笊旒。ǔ邆?cè)腕伸肌）,捕捉在所有演習(xí)過程中肌肉的活動。計算sEMG的峰值和綜合值,得到司機工作負(fù)荷的指標(biāo)。本研究的結(jié)果顯示不同輪胎配置會使肌肉活動存在明顯差異?；谒緳C的手勢演習(xí)的方向（即順時針或逆時針方向）,也能識別出駕駛技術(shù)的差異。

橡膠表面磨損和相關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

橡膠磨損機理是復(fù)雜的,直接觀察磨損有一定的局限性。在輪胎行業(yè),對磨損機理的認(rèn)識及對它的預(yù)防是很重要的目標(biāo)和研究領(lǐng)域。量化磨損的最直接的方法是在磨耗試驗機上測量其質(zhì)量損失。根據(jù)不同橡膠材料的質(zhì)量損失來對其磨損性能進(jìn)行分類。測試不同配方膠料磨損性能的另外一個方法是看車輪的磨損表面。用輪胎在路面上或用小的輪胎在實驗室進(jìn)行磨損試驗,就會發(fā)現(xiàn)其微觀組織能正常滑移,即所謂的Schallamach波。這些結(jié)構(gòu)的動力分析能更進(jìn)一步給出對磨損機理的解釋。本文對四種磨損性能不同的膠料表面進(jìn)行了研究,不僅測試其質(zhì)量損失,而且也對其表面進(jìn)行分析和特征提取。

這一特點被公認(rèn)為是表面結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移?？墒褂靡环N新的粒子圖像測速（PIV）評價技術(shù)對其進(jìn)行確定。側(cè)向位移是膠料的特性,也觀察到由于質(zhì)量損失導(dǎo)致其高度降低。另外,可采用觀察到的微觀結(jié)構(gòu)增加局部塑化,從而完善磨損理論。

橡膠摩擦和輪胎動力學(xué)：理論與試驗數(shù)據(jù)的對比

提出了一個簡單的橡膠摩擦定律。該模型被用于輪胎和車輛動力學(xué)計算。摩擦定律是通過全橡膠摩擦理論的計算結(jié)果和試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來檢驗的。

介紹了一種二維輪胎模型。該模型將橡膠摩擦定律與胎體彈簧塊結(jié)合在一起描述。輪胎模型非常靈巧,可適合用于不同的操作。它可以用來計算μ-滑移曲線、自位轉(zhuǎn)矩、制動和轉(zhuǎn)彎,或者組合運動（比如轉(zhuǎn)彎時制動）。將理論預(yù)測值與在砂紙上進(jìn)行的室內(nèi)輪胎試驗測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。同時也展示了使用兩種不同的控制運算法對防抱死制動系統(tǒng)（ABS）的模擬。

輪胎瞬時側(cè)向力的產(chǎn)生：對車輛操控性能的特征描述

根據(jù)穩(wěn)態(tài)動力響應(yīng)描述輪胎力的產(chǎn)生,被認(rèn)為是與滑移角一樣的動態(tài)滾動條件的函數(shù),和時間無關(guān)連性。除了穩(wěn)態(tài)響應(yīng)之外,輪胎也表現(xiàn)出隨時間變化而變化的瞬時動力響應(yīng),這在橫向上延遲了轉(zhuǎn)彎力的形成。這種延遲的特點往往具有所謂的輪胎松弛長度（RL）（Ly）的特征,輪胎的性能特點被認(rèn)為對操控性能有很大的影響。討論了輪胎橫向RL的定義和機械論的解釋,比較了橫向RL的測量和解釋的不同方法。測量方法包括不同類型的帶束層以及靜態(tài)剛度測量。因為測量不確定性的不同等級,所以論證了不同測量方法的再現(xiàn)性和優(yōu)勢。進(jìn)行了操縱試驗以弄清楚對輪胎/車輛系統(tǒng)模型包括輪胎瞬時響應(yīng)的影響。這項研究包括一系列操縱模擬,使用了不同瞬態(tài)力和力矩的輪胎以及戶外主觀操縱評級分析。結(jié)果表明,輪胎的瞬態(tài)特性對汽車操縱性能的影響比對輪胎穩(wěn)態(tài)動力響應(yīng)的影響要稍小。

NR/BR共混體系物理性能和力學(xué)性能的同步優(yōu)化的結(jié)合二階因子影響測定

天然橡膠（NR）、順丁橡膠（BR）并用膠以及其他并用膠被廣泛地用于提高膠料的力學(xué)性能和物理性能。通過對NR/BR并用膠的比例調(diào)整和不同的混煉方法,可改善膠料性能和最終產(chǎn)品（比如胎面膠）性能。采用反應(yīng)曲面分類研究法設(shè)計五因素試驗∶高耐磨炭黑（N330）、芳烴油、 NR/BR比例、硫磺、N- 氧聯(lián)二乙基-2-苯并噻唑亞磺酰胺。

八項性能都最優(yōu)的配方中有44.0 份炭黑、6.1份油、NR與BR的比例為78:22,其膠料性能如下∶拉伸強度（22 MPa）、拉斷伸長率（528%）、撕裂強度（30 kg/mm）、回彈率（67%）、硬度適中（68國際硬度）、低升熱（17 ℃）、壓縮永久變形（12%）、磨耗損失（57 mm3）。更優(yōu)化的組合可以很容易地從NR/ BR并用膠模型的等高線圖上查到。

（劉元順 譯）

[責(zé)任編輯：翁小兵]