胎側補強膠片對半鋼子午線輪胎胎圈耐久性能的影響分析

張建浩，楊嬌嬌，張永鋒

[浦林成山（青島）工業研究設計有限公司，山東 青島 266042]

輪胎耐久性能對車輛行駛安全性有非常重要的影響，新開發的輪胎產品必須通過耐久性測試才能進入市場。對于輕型載重輪胎，胎圈部位損壞是耐久性測試中最常見的問題，因此提高胎圈強度是提升輪胎耐久性能的關鍵[1]。在輕型載重輪胎產品設計開發過程中，業內通常采用在胎側與反包胎體簾布之間增加補強膠片的方法來提升胎圈耐久性能，以防止胎圈部位過早損壞，但該方法是否適用于所有規格輪胎還有待論證。

本工作研究胎側補強膠片對半鋼子午線輪胎胎圈耐久性能的影響。

1 實驗

以新開發的LT235/85R16半鋼子午線輪胎為研究對象，針對輪胎在耐久性測試中出現的胎圈部位損壞情況（見圖1），在胎側與反包胎體簾布之間增加補強膠片（見圖2），對比原方案（方案A）與增加補強膠片方案（方案B）的胎圈耐久性能。

圖1 胎圈損壞輪胎

圖2 胎側補強膠片位置示意

由于實際輪胎耐久性測試結果在測試樣本數量較少時具有一定的偶然性，而增大測試樣本數量會影響測試效率和增大成本，因此本工作采用數值分析與測試相結合的方法進行胎圈耐久性能分析。

2 有限元仿真分析

2.1 有限元模型建立

根據輪廓及結構設計參數建立輪胎材料分布圖，采用Abaqus有限元分析軟件進行輪胎胎圈耐久性能分析。根據輪胎材料及各部件的力學特性，選用Yeoh本構模型對橡膠材料進行描述，輪胎骨架結構選用Rebar單元定義[2-3]。由于分析對象為胎圈部位，因此輪胎花紋只保留縱溝，簡化橫溝和細小鋼片[4]，輪胎有限元模型見圖3。

圖3 輪胎有限元網格模型

2.2 有限元分析

美國標準FMVSS 139輪胎耐久性測試方法見表1，本工作選取耐久性試驗中的第4與第7階段的測試條件作為仿真分析工況。采用兩種工況進行胎圈耐久性能有限元分析。工況1：充氣壓力為410 kPa，負荷為1 380 kg；工況2：充氣壓力為320 kPa，負荷為1 380 kg。

表1 輪胎耐久性測試方法

兩種工況下有限元分析的胎圈部位應變能密度分布分別見圖4和5。由分析結果可知，最大應變能密度分布位置與測試后胎圈損壞位置（圖1中損壞位置）一致，說明采用有限元分析的應變能密度大小評價胎圈耐久性能是可靠的。

圖4 工況1下胎圈應變能密度分布

由圖4可見，工況1下方案A和方案B胎圈部位應變能密度最大值分別為0.46和0.55 mJ·mm-3，方案B的應變能密度最大值比方案A大19.6%。

由圖5可見，工況2下方案A和方案B胎圈部位應變能密度最大值分別為0.33和0.40 mJ·mm-3，方案B的應變能密度最大值比方案A大21.2%。

圖5 工況2下胎圈應變能密度分布

兩種工況下胎圈部位應變能密度分布的有限元分析結果表明，采用通用的胎側補強膠片方法對于LT235/85R16半鋼子午線輪胎的胎圈耐久性能無提升作用。

3 測試驗證

為進一步對仿真結果進行驗證，進行實際輪胎耐久性試驗，測試方法基于FMVSS 139測試標準，在低氣壓耐久性試驗階段完成后，調整充氣壓力至410 kPa，保持測試速度為120 km·h-1，單胎最大負荷率調整至110%，每隔4 h負荷率增大10%，直至輪胎損壞為止，測試結果見表2。由表2可見，與方案A輪胎相比，方案B輪胎耐久性能沒有提升。實際測試結果與仿真分析結果一致。

表2 輪胎耐久性測試結果 h

4 結語

為驗證胎側補強膠片對輪胎胎圈耐久性能的提升作用，采用有限元仿真與實際測試相結合的方法研究胎側補強膠片對LT235/85R16半鋼子午線輪胎胎圈耐久性能的影響。結果表明，胎側補強膠片對該規格輪胎胎圈耐久性能無提升作用。由此說明，是否采用胎側部位增加補強膠片的方法提升胎圈耐久性能需要結合輪胎具體結構進行分析。