靜力下載重胎不同寬度帶束層對(duì)輪胎性能的影響

胡海明，王云見(jiàn)，王科

(青島科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 山東省高分子材料先進(jìn)制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島266061)

靜力下載重胎不同寬度帶束層對(duì)輪胎性能的影響

Effect on the performance of different width of heavy truck tire belt ply under the static

胡海明，王云見(jiàn)，王科

(青島科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 山東省高分子材料先進(jìn)制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島266061)

通過(guò)改變12.00R20 子午線輪胎帶束層的寬度，利用ADINA模擬軟件，探討其對(duì)輪胎性能的影響，結(jié)果表明：1#帶束層寬度在156 mm時(shí)，輪胎應(yīng)力、應(yīng)變和下沉量分布趨于均勻，且2#、3#帶束層在此狀態(tài)下也處于較優(yōu)狀態(tài)。

子午線輪胎;帶束層寬度;有限元分析

帶束層是子午線輪胎結(jié)構(gòu)的核心，承受了60%～70%的輪胎應(yīng)力，是子午線輪胎具有一系列優(yōu)點(diǎn)的關(guān)鍵因素[1]，本文以12.00R20輪胎為例對(duì)其帶束層性能予以分析。帶束層結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 帶束層結(jié)構(gòu)

1 輪胎三維有限元模型建立

1.1 輪胎網(wǎng)格模型

對(duì)輪胎、地面分別建立二維、三維網(wǎng)格模型。對(duì)地面進(jìn)行拉伸創(chuàng)建網(wǎng)格，對(duì)輪胎截面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)創(chuàng)建網(wǎng)格。

1.2 約束和載荷

輪胎所在的輪軸簡(jiǎn)化為一個(gè)剛性點(diǎn)，也叫輪胎中心，載荷通過(guò)這個(gè)中心作用于輪胎上，與輪輞接觸的面和輪胎中心連接在一起，并設(shè)定剛性約束。承載載荷初始設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)值33 810 N（3 450 kg），作用方向垂直于地面。輪胎的氣壓，作用于輪胎內(nèi)表面，初始標(biāo)準(zhǔn)氣壓設(shè)置為760 kPa。施加約束和載荷完畢后的模型如圖2所示。

圖2 約束載荷示意圖

2 輪胎不同載荷下有限元分析

2.1 模擬條件

（1）輪胎中心簡(jiǎn)化成一個(gè)剛性點(diǎn)，和輪輞接觸的面與剛性點(diǎn)設(shè)置成剛性約束，剛性點(diǎn)只設(shè)置地面法向的位移，同時(shí)在剛性點(diǎn)上施加載荷，載荷分為標(biāo)準(zhǔn)值、1.5倍標(biāo)準(zhǔn)值、2倍標(biāo)準(zhǔn)值。

（2）鋼絲簾布復(fù)合材料由復(fù)合材料原理計(jì)算獲得，胎圈假設(shè)成純鋼材料，各部分材料參數(shù)如表1所示。

（3） 橡膠材料模型Mooney-Rivlin的參數(shù)由試驗(yàn)獲取，擬合后為C1=621 000，C2=205 000，ρ=1 200kg/m3。

表1 鋼絲簾布和胎圈材料力學(xué)參數(shù)

2.2 輪胎靜力下應(yīng)力模擬

1#帶束層初始設(shè)計(jì)的寬度為166 mm，1#帶束層不同寬度數(shù)值如表2所示。

表2 五種方案的帶束層寬度

2.2.1 結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)模擬后，1#帶束層的應(yīng)力、變形和下沉量的應(yīng)力云圖如圖3所示，數(shù)值如表3所示。

使用Matlab對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以得到如圖4的擬合曲線。

圖3 第一組方案帶束層應(yīng)力、變形、下沉量

表3 1#帶束層5種方案的應(yīng)力、變形、下沉量

圖4 1#帶束層寬度和應(yīng)變、應(yīng)力、下沉量的擬合曲線

根據(jù)數(shù)據(jù)擬合曲線得到以下結(jié)論：

（1）帶束層應(yīng)力最大值都發(fā)生在輪胎與地面相接觸的地方，第四組應(yīng)力值最大，最大值為7.695×107Pa，第三組應(yīng)力值最小，最小值為7.255×107Pa，由于受到輪胎下沉量的影響，最小值都發(fā)生在輪胎與地面接觸區(qū)域的兩側(cè)，接觸區(qū)域疲勞現(xiàn)象嚴(yán)重，這和原尺寸的帶束層受力分布是一樣的。帶束層應(yīng)力最大值呈現(xiàn)先減小后增大再減小的過(guò)程。第一組的帶束層應(yīng)力值較小，但第一組的寬度最寬，變形量也最大，較大的變形量會(huì)導(dǎo)致帶束層之間較大的剪切應(yīng)力，時(shí)間久了，帶束層容易脫層。第三組帶束層的應(yīng)力最小，而且?guī)鴮拥膶挾群妥冃瘟慷己苄?，綜合考慮應(yīng)力和寬度的影響，選擇第三組為最優(yōu)組，帶束層寬度為156 mm。

（2）帶束層橫向位移除第一組較大外，其他都挺小，并且變化也不大，這說(shuō)明，帶束層的寬度在一定范圍內(nèi)對(duì)帶束層橫向變形量是沒(méi)有影響的，控制好帶束層的寬度就能控制好帶束層的橫向變形量。

（3）下沉量基本不變。帶束層寬度對(duì)下沉量影響不大，下沉量只和載荷的大小有關(guān)。

（4）1.5倍載荷和2倍載荷時(shí)1#帶束層應(yīng)力、應(yīng)變、下沉量的擬合曲線如圖5所示。可以看出，隨著載荷的增加，各指標(biāo)值加大。

圖5 1.5倍載荷和2倍載荷下1#帶束層5種寬度和應(yīng)變、應(yīng)力、下沉量的擬合曲線

表4 調(diào)整寬度后和原模型的帶束層應(yīng)力對(duì)照表

2.2.2 1#帶束層為156 mm時(shí)2#、3#帶束層應(yīng)力分析

1#帶束層設(shè)計(jì)為156 mm時(shí)模擬分析輪胎應(yīng)力情況。

從表中數(shù)據(jù)可以看出調(diào)整寬度后帶束層的應(yīng)力分布趨于均勻，應(yīng)力最大值較原模型最大值小，最小值較原模型最小值大，對(duì)應(yīng)力的分布明顯起到了改善作用。

3 結(jié)語(yǔ)

帶束層結(jié)構(gòu)對(duì)輪胎性能有重要影響，針對(duì)于12.00R20輪胎而言，當(dāng)1#帶束層寬度為156 mm時(shí)，輪胎靜力下應(yīng)力、形變等數(shù)值處較優(yōu)狀態(tài)。

[1] 岳戈，陳權(quán).ADINA應(yīng)用基礎(chǔ)與實(shí)例詳解[J]. 北京：人民交通出版社，2008.7.

[2] 趙子亮 .汽車(chē)輪胎的發(fā)展趨勢(shì).世界汽車(chē) .1999.10（2）：14～16 2006.5.

[3] Saiki H，Marumo Y，Minami A，etal. Effect of the Surface Structure on the Resistance to Plastic Deformation of a Hot Forging Tool[J]. Journal of Materials Processing Technology，2001（113）:22～27.

[4] Toth W.J，Chang J P，Zanicheli C.Finite element evaluation of the state of cure in a tire[J].Tire Sicence and Technology，1991，19（4）:178～212.

中國(guó)石油開(kāi)發(fā)出溶液聚合法合成橡膠的聚合反應(yīng)撤熱方法

中國(guó)石油天然氣股份有限公司開(kāi)發(fā)出一種溶液聚合法合成橡膠的聚合反應(yīng)撤熱方法。在多個(gè)聚合釜之間膠液管線上設(shè)置冷卻器，冷卻器為套管冷卻器，冷卻器管程介質(zhì)為膠液，殼程介質(zhì)為冷卻介質(zhì)，冷卻介質(zhì)為循環(huán)水或制冷劑，溶液聚合法合成橡膠過(guò)程中，各聚合釜之間膠液管線上的冷卻器使聚合反應(yīng)溫度在±1℃之間波動(dòng)。該方明解決了溶液聚合法合成橡膠過(guò)程中聚合釜反應(yīng)熱難于撤出問(wèn)題，使聚合反應(yīng)溫度平穩(wěn)可控、分布合理，可用于生產(chǎn)高質(zhì)量合成橡膠產(chǎn)品。

燕豐供稿

TQ336.1

1009-797X(2016)05-0058-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.05.013

胡海明（1964-），男，青島科技大學(xué)教授，主要從事模具CAD的教學(xué)與科研工作。

2015-05-04