不同胎體鋼絲簾線對輪胎下沉量的影響

梁千頃，何昌偉，杜嘉需，郭 瑋，和 燕

（1.風(fēng)神輪胎股份有限公司，河南 焦作 454003；2.北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計院有限公司，北京 100143）

輪胎是由橡膠材料和鋼絲簾線組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體，其性能影響因素主要有模具輪廓參數(shù)、結(jié)構(gòu)尺寸、材料物理性能參數(shù)和使用條件參數(shù)[1-2]。一般情況下，調(diào)整上述參數(shù)對輪胎性能的影響是交互的。因此，定量分析每個參數(shù)對輪胎性能的影響機(jī)理一直是研究的難點(diǎn)，尋找各項參數(shù)在特定區(qū)間內(nèi)對輪胎單一性能的獨(dú)立影響因子已成為當(dāng)前研究的重要方向。

胎里內(nèi)輪廓對輪胎接地印痕有重要影響[3]。陳佛國等[4]僅通過優(yōu)化內(nèi)輪廓顯著降低了輪胎滾動阻力。隆有明[5]通過理論計算的方式確定了子午線結(jié)構(gòu)的最佳內(nèi)輪廓形狀。這些研究的根本做法都是通過優(yōu)化輪胎內(nèi)輪廓從而影響其下沉量，進(jìn)而影響輪胎接地印痕形狀、滾動阻力和冠部耐久性能。因此，輪胎下沉量是輪胎性能的一個重要的參考指標(biāo)。

本工作以445/45R19.5輪胎為研究對象，通過有限元分析（FEA）研究不同胎體鋼絲簾線對輪胎下沉量的影響。

1 仿真分析

1.1 仿真方案

以445/45R19.5規(guī)格輪胎為研究對象，選用我公司用量較大的3種鋼絲簾線3＋9×0.22W（代號A），0.25＋6＋12×0.225HT（代號B），0.22＋6＋11×0.205（代號C）作為胎體簾線[6]，其相關(guān)參數(shù)如表1所示，分別考察不同鋼絲簾線對輪胎下沉量的影響。

表1 3種鋼絲簾線的參數(shù)

1.2 研究參數(shù)

胎體材料屬性主要指鋼絲簾線的拉伸曲線（見圖1）及其排列密度（簾線密度，根·dm-1）。從圖1可以得出，在相同伸長率下，3種鋼絲簾線的載荷差異為10%～20%。

1.3 分析步驟

使用Hypermesh劃分網(wǎng)格和Abaqus非線性求解器相結(jié)合的方法進(jìn)行FEA研究。

FEA研究步驟如圖2所示。

從圖2可以看出，F(xiàn)EA研究步驟主要包括創(chuàng)建模型，優(yōu)化/驗證模型和擴(kuò)展預(yù)測3個部分。

1.4 仿真判據(jù)

按規(guī)定充氣后，輪胎在靜負(fù)荷作用下斷面高度的減小量為輪胎下沉量，與之相關(guān)的參數(shù)還有輪胎下沉率（輪胎下沉量與其斷面高度的比值）。

本工作根據(jù)已有實(shí)測數(shù)據(jù)建立輪胎仿真模型，通過對比輪胎下沉量實(shí)測值和FEA計算值驗證仿真結(jié)果的可靠性，如表2所示。

從表2可以看出，試驗實(shí)測和FEA計算的輪胎下沉量高度吻合，仿真結(jié)果可靠。

表2 輪胎下沉量實(shí)測值和FEA計算值對比

2 FEA后處理分析

2.1 不 同簾線密度的A鋼絲簾布對輪胎下沉量的影響

A鋼絲簾線的單絲直徑為1.14 mm，適合的簾線密度為50～87根·dm-1。胎體分別選用簾線密度為50，60，70，80根·dm-1的A鋼絲簾布（分別記作A-50，60，70，80，其中A-50為基礎(chǔ)方案），計算輪胎下沉量，結(jié)果如表3所示。表中，ΔS為各方案輪胎下沉量分別與基礎(chǔ)方案輪胎下沉量的差值，下沉量變化為ΔS/輪胎下沉量。

表3 不同簾線密度下A鋼絲簾布輪胎下沉量的變化

從表3可以看出，輪胎下沉量變化范圍為0%～0.23%，這表明基于A鋼絲簾線，輪胎下沉量變化對簾線密度不敏感。

2.2 不 同簾線密度的B鋼絲簾布對輪胎下沉量的影響

B鋼絲簾線的單絲直徑為1.13 mm，適合的簾線密度為50～87根·dm-1。胎體分別選用簾線密度為55，60，70，80根·dm-1的B鋼絲簾布（分別記作B-55，60，70，80，其中B-55為基礎(chǔ)方案），計算輪胎下沉量，結(jié)果如表4所示。

表4 不同簾線密度下B鋼絲簾布輪胎下沉量的變化

從表4可以看出，輪胎下沉量變化范圍為0%～0.50%，這表明基于B鋼絲簾線，輪胎下沉量對簾線密度變化不敏感。

2.3 不 同簾線密度的C鋼絲簾布對輪胎下沉量的影響

C鋼絲簾線的單絲直徑為1.03 mm，適合的簾線密度為55～87根·dm-1。胎體分別選用簾線密度為55，60，70，80根·dm-1的C鋼絲簾布（分別記作C-55，60，70，80，其中C-55為基礎(chǔ)方案），計算輪胎下沉量，結(jié)果如表5所示。

表5 不同簾線密度下C鋼絲簾布輪胎下沉量的變化

從表5可以看出，輪胎下沉量變化為0%～0.05%，這表明基于C鋼絲簾線，輪胎下沉量對簾線密度變化不敏感。

綜上可知，在不同簾線密度下，3種鋼絲簾線輪胎下沉量變化范圍集中在0%～0.50%，即簾線密度對輪胎下沉量的影響不顯著。

2.4 相同簾線密度不同鋼絲簾線對輪胎下沉量的影響

胎體分別選取相同簾線密度的3種鋼絲簾布，輪胎下沉量及其變化如表6所示。

從表6可以看出，相同簾線密度不同鋼絲簾線輪胎下沉量的差異不大，輪胎下沉量變化指數(shù)范圍為99.92%～100.28%，胎體簾線密度和類型與輪胎下沉量呈弱相關(guān)關(guān)系。

表6 相同簾線密度不同鋼絲簾線對輪胎下沉量的影響

3 結(jié)論

對胎體中使用鋼絲簾線的子午線輪胎結(jié)構(gòu)，胎體鋼絲簾線密度和類型與輪胎下沉量呈弱相關(guān)關(guān)系。因此，在優(yōu)化胎體材料參數(shù)時，可以不用優(yōu)先考慮胎體鋼絲簾線密度和類型對輪胎下沉量帶來的影響。同時，本工作未考慮采用不同材料（如錦綸簾線與鋼絲簾線）的胎體對輪胎下沉量的影響，對這部分內(nèi)容需要進(jìn)一步分析研究。