靜力下載重胎不同寬度帶束層對輪胎性能的影響

胡海明，王云見，王科

(青島科技大學機電工程學院 山東省高分子材料先進制造技術重點實驗室，山東 青島266061)

靜力下載重胎不同寬度帶束層對輪胎性能的影響

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

胡海明，王云見，王科

(青島科技大學機電工程學院 山東省高分子材料先進制造技術重點實驗室，山東 青島266061)

通過改變12.00R20 子午線輪胎帶束層的寬度，利用ADINA模擬軟件，探討其對輪胎性能的影響，結果表明：1#帶束層寬度在156 mm時，輪胎應力、應變和下沉量分布趨于均勻，且2#、3#帶束層在此狀態下也處于較優狀態。

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構的核心，承受了60%～70%的輪胎應力，是子午線輪胎具有一系列優點的關鍵因素[1]，本文以12.00R20輪胎為例對其帶束層性能予以分析。帶束層結構如圖1所示。

圖1 帶束層結構

1 輪胎三維有限元模型建立

1.1 輪胎網格模型

對輪胎、地面分別建立二維、三維網格模型。對地面進行拉伸創建網格，對輪胎截面進行旋轉創建網格。

1.2 約束和載荷

輪胎所在的輪軸簡化為一個剛性點，也叫輪胎中心，載荷通過這個中心作用于輪胎上，與輪輞接觸的面和輪胎中心連接在一起，并設定剛性約束。承載載荷初始設置為標準值33 810 N（3 450 kg），作用方向垂直于地面。輪胎的氣壓，作用于輪胎內表面，初始標準氣壓設置為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）輪胎中心簡化成一個剛性點，和輪輞接觸的面與剛性點設置成剛性約束，剛性點只設置地面法向的位移，同時在剛性點上施加載荷，載荷分為標準值、1.5倍標準值、2倍標準值。

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

（3） 橡膠材料模型Mooney-Rivlin的參數由試驗獲取，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參數

2.2 輪胎靜力下應力模擬

1#帶束層初始設計的寬度為166 mm，1#帶束層不同寬度數值如表2所示。

表2 五種方案的帶束層寬度

2.2.1 結果分析

經過模擬后，1#帶束層的應力、變形和下沉量的應力云圖如圖3所示，數值如表3所示。

使用Matlab對得到的數據進行處理，可以得到如圖4的擬合曲線。

圖3 第一組方案帶束層應力、變形、下沉量

表3 1#帶束層5種方案的應力、變形、下沉量

圖4 1#帶束層寬度和應變、應力、下沉量的擬合曲線

根據數據擬合曲線得到以下結論：

（1）帶束層應力最大值都發生在輪胎與地面相接觸的地方，第四組應力值最大，最大值為7.695×107Pa，第三組應力值最小，最小值為7.255×107Pa，由于受到輪胎下沉量的影響，最小值都發生在輪胎與地面接觸區域的兩側，接觸區域疲勞現象嚴重，這和原尺寸的帶束層受力分布是一樣的。帶束層應力最大值呈現先減小后增大再減小的過程。第一組的帶束層應力值較小，但第一組的寬度最寬，變形量也最大，較大的變形量會導致帶束層之間較大的剪切應力，時間久了，帶束層容易脫層。第三組帶束層的應力最小，而且帶束層的寬度和變形量都很小，綜合考慮應力和寬度的影響，選擇第三組為最優組，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，這說明，帶束層的寬度在一定范圍內對帶束層橫向變形量是沒有影響的，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。帶束層寬度對下沉量影響不大，下沉量只和載荷的大小有關。

（4）1.5倍載荷和2倍載荷時1#帶束層應力、應變、下沉量的擬合曲線如圖5所示?？梢钥闯?，隨著載荷的增加，各指標值加大。

圖5 1.5倍載荷和2倍載荷下1#帶束層5種寬度和應變、應力、下沉量的擬合曲線

表4 調整寬度后和原模型的帶束層應力對照表

2.2.2 1#帶束層為156 mm時2#、3#帶束層應力分析

1#帶束層設計為156 mm時模擬分析輪胎應力情況。

從表中數據可以看出調整寬度后帶束層的應力分布趨于均勻，應力最大值較原模型最大值小，最小值較原模型最小值大，對應力的分布明顯起到了改善作用。

3 結語

帶束層結構對輪胎性能有重要影響，針對于12.00R20輪胎而言，當1#帶束層寬度為156 mm時，輪胎靜力下應力、形變等數值處較優狀態。

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[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.

中國石油開發出溶液聚合法合成橡膠的聚合反應撤熱方法

中國石油天然氣股份有限公司開發出一種溶液聚合法合成橡膠的聚合反應撤熱方法。在多個聚合釜之間膠液管線上設置冷卻器，冷卻器為套管冷卻器，冷卻器管程介質為膠液，殼程介質為冷卻介質，冷卻介質為循環水或制冷劑，溶液聚合法合成橡膠過程中，各聚合釜之間膠液管線上的冷卻器使聚合反應溫度在±1℃之間波動。該方明解決了溶液聚合法合成橡膠過程中聚合釜反應熱難于撤出問題，使聚合反應溫度平穩可控、分布合理，可用于生產高質量合成橡膠產品。

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，青島科技大學教授，主要從事模具CAD的教學與科研工作。

2015-05-04