静力下载重胎不同宽度带束层对轮胎性能的影响

胡海明，王云见，王科

(青岛科技大学机电工程学院 山东省高分子材料先进制造技术重点实验室，山东 青岛266061)

静力下载重胎不同宽度带束层对轮胎性能的影响

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

胡海明，王云见，王科

(青岛科技大学机电工程学院 山东省高分子材料先进制造技术重点实验室，山东 青岛266061)

通过改变12.00R20 子午线轮胎带束层的宽度，利用ADINA模拟软件，探讨其对轮胎性能的影响，结果表明：1#带束层宽度在156 mm时，轮胎应力、应变和下沉量分布趋于均匀，且2#、3#带束层在此状态下也处于较优状态。

子午线轮胎;带束层宽度;有限元分析

带束层是子午线轮胎结构的核心，承受了60%～70%的轮胎应力，是子午线轮胎具有一系列优点的关键因素[1]，本文以12.00R20轮胎为例对其带束层性能予以分析。带束层结构如图1所示。

图1 带束层结构

1 轮胎三维有限元模型建立

1.1 轮胎网格模型

对轮胎、地面分别建立二维、三维网格模型。对地面进行拉伸创建网格，对轮胎截面进行旋转创建网格。

1.2 约束和载荷

轮胎所在的轮轴简化为一个刚性点，也叫轮胎中心，载荷通过这个中心作用于轮胎上，与轮辋接触的面和轮胎中心连接在一起，并设定刚性约束。承载载荷初始设置为标准值33 810 N（3 450 kg），作用方向垂直于地面。轮胎的气压，作用于轮胎内表面，初始标准气压设置为760 kPa。施加约束和载荷完毕后的模型如图2所示。

图2 约束载荷示意图

2 轮胎不同载荷下有限元分析

2.1 模拟条件

（1）轮胎中心简化成一个刚性点，和轮辋接触的面与刚性点设置成刚性约束，刚性点只设置地面法向的位移，同时在刚性点上施加载荷，载荷分为标准值、1.5倍标准值、2倍标准值。

（2）钢丝帘布复合材料由复合材料原理计算获得，胎圈假设成纯钢材料，各部分材料参数如表1所示。

（3） 橡胶材料模型Mooney-Rivlin的参数由试验获取，拟合后为C1=621 000，C2=205 000，ρ=1 200kg/m3。

表1 钢丝帘布和胎圈材料力学参数

2.2 轮胎静力下应力模拟

1#带束层初始设计的宽度为166 mm，1#带束层不同宽度数值如表2所示。

表2 五种方案的带束层宽度

2.2.1 结果分析

经过模拟后，1#带束层的应力、变形和下沉量的应力云图如图3所示，数值如表3所示。

使用Matlab对得到的数据进行处理，可以得到如图4的拟合曲线。

图3 第一组方案带束层应力、变形、下沉量

表3 1#带束层5种方案的应力、变形、下沉量

图4 1#带束层宽度和应变、应力、下沉量的拟合曲线

根据数据拟合曲线得到以下结论：

（1）带束层应力最大值都发生在轮胎与地面相接触的地方，第四组应力值最大，最大值为7.695×107Pa，第三组应力值最小，最小值为7.255×107Pa，由于受到轮胎下沉量的影响，最小值都发生在轮胎与地面接触区域的两侧，接触区域疲劳现象严重，这和原尺寸的带束层受力分布是一样的。带束层应力最大值呈现先减小后增大再减小的过程。第一组的带束层应力值较小，但第一组的宽度最宽，变形量也最大，较大的变形量会导致带束层之间较大的剪切应力，时间久了，带束层容易脱层。第三组带束层的应力最小，而且带束层的宽度和变形量都很小，综合考虑应力和宽度的影响，选择第三组为最优组，带束层宽度为156 mm。

（2）带束层横向位移除第一组较大外，其他都挺小，并且变化也不大，这说明，带束层的宽度在一定范围内对带束层横向变形量是没有影响的，控制好带束层的宽度就能控制好带束层的横向变形量。

（3）下沉量基本不变。带束层宽度对下沉量影响不大，下沉量只和载荷的大小有关。

（4）1.5倍载荷和2倍载荷时1#带束层应力、应变、下沉量的拟合曲线如图5所示。可以看出，随着载荷的增加，各指标值加大。

图5 1.5倍载荷和2倍载荷下1#带束层5种宽度和应变、应力、下沉量的拟合曲线

表4 调整宽度后和原模型的带束层应力对照表

2.2.2 1#带束层为156 mm时2#、3#带束层应力分析

1#带束层设计为156 mm时模拟分析轮胎应力情况。

从表中数据可以看出调整宽度后带束层的应力分布趋于均匀，应力最大值较原模型最大值小，最小值较原模型最小值大，对应力的分布明显起到了改善作用。

3 结语

带束层结构对轮胎性能有重要影响，针对于12.00R20轮胎而言，当1#带束层宽度为156 mm时，轮胎静力下应力、形变等数值处较优状态。

[1] 岳戈，陈权.ADINA应用基础与实例详解[J]. 北京：人民交通出版社，2008.7.

[2] 赵子亮 .汽车轮胎的发展趋势.世界汽车 .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.

中国石油开发出溶液聚合法合成橡胶的聚合反应撤热方法

中国石油天然气股份有限公司开发出一种溶液聚合法合成橡胶的聚合反应撤热方法。在多个聚合釜之间胶液管线上设置冷却器，冷却器为套管冷却器，冷却器管程介质为胶液，壳程介质为冷却介质，冷却介质为循环水或制冷剂，溶液聚合法合成橡胶过程中，各聚合釜之间胶液管线上的冷却器使聚合反应温度在±1℃之间波动。该方明解决了溶液聚合法合成橡胶过程中聚合釜反应热难于撤出问题，使聚合反应温度平稳可控、分布合理，可用于生产高质量合成橡胶产品。

燕丰供稿

TQ336.1

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

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.05.013

胡海明（1964-），男，青岛科技大学教授，主要从事模具CAD的教学与科研工作。

2015-05-04