海外橡膠期刊摘要精選

《輪胎科技》2014, Vol. 42 No.1～No.4 Tire Science and Technology

鑲釘輪胎對(duì)路面造成的損壞

鑲釘輪胎自投入使用以來(lái)就存在著爭(zhēng)議。在冬季路面有冰的惡劣情況下,鑲釘輪胎可以增加摩擦系數(shù),提高行車(chē)安全,當(dāng)然它們也會(huì)損壞正常的路面。因此,開(kāi)發(fā)鑲釘輪胎的一個(gè)主要挑戰(zhàn)就是減少對(duì)路面的損壞,同時(shí)仍能在冰面上保持良好的抓地性能。所以,首先要弄清楚鑲釘輪胎對(duì)路面損壞的機(jī)理和影響參數(shù)。

一種使用室內(nèi)轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)方法被開(kāi)發(fā)出來(lái)。對(duì)鑲釘輪胎造成路面損壞機(jī)理的分析源于基本分析模型,這些機(jī)理被用于識(shí)別鑲釘輪胎對(duì)路面造成損壞的主要參數(shù)。用開(kāi)發(fā)的試驗(yàn)方法得到的試驗(yàn)結(jié)果證明預(yù)測(cè)的因素。車(chē)輛的行駛速度和鑲釘?shù)馁|(zhì)量是造成路面損壞的主要因素。這就能解釋鑲釘?shù)臎_擊是造成路面破壞的主要因素。借助于提出的試驗(yàn)方法,能夠量化在可控條件下鑲釘輪胎對(duì)路面造成的損壞。這些機(jī)理也考慮到了輪胎結(jié)構(gòu)和變化的運(yùn)轉(zhuǎn)情況對(duì)路面損壞的影響。

使用壓電換能器模擬充氣輪胎中應(yīng)變能量的收集

提出了從滾動(dòng)輪胎的變形中獲取能量的可行性評(píng)估研究方法,借此推出一套安裝在輪胎內(nèi)腔中的輪胎監(jiān)測(cè)裝置。這套工藝是通過(guò)使用彈性的壓變復(fù)合材料傳感器（PFC）進(jìn)行模擬,該傳感器粘附在輪胎氣密層上,充當(dāng)輪胎監(jiān)測(cè)裝置中的能量收集部件。當(dāng)PFC產(chǎn)生壓變時(shí),該部件就會(huì)產(chǎn)生電荷。輪胎在滾動(dòng)時(shí),可以利用其周期性的變形來(lái)獲取能量。使用Abaqus有限元模擬法評(píng)估輪胎結(jié)構(gòu)內(nèi)的可用應(yīng)變能,以獲得PFC安裝的最佳位置。試驗(yàn)測(cè)試通過(guò)能量收集部件的評(píng)估裝備進(jìn)行,它安裝在輪胎內(nèi)腔中,在控制速度和加載條件下測(cè)試PFC的性能。

違章超重牽引式掛車(chē)在快速空氣泄漏時(shí)的穩(wěn)定性分析

在加利福尼亞交通許可手冊(cè)中,車(chē)輛違章超重配置的最小輪胎-車(chē)軸寬度（全寬）是2.44 m。商業(yè)貨運(yùn)車(chē)和拖掛車(chē)串聯(lián)1.82 m寬的車(chē)軸配上新一代寬基輪胎（NGWBS）后全軸寬度是2.34 m。這樣,它們就無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前加利福尼亞州交通部門(mén)的要求。隨著NGWBS輪胎日益增長(zhǎng)的應(yīng)用需求,雙胎和NGWBS輪胎的牽引式半拖車(chē)的穩(wěn)定性是非常重要的。該研究對(duì)使用50.8 mm外偏距車(chē)輪和25.4 mm外偏距車(chē)輪的雙胎或NGWBS輪胎的車(chē)輛進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)?？焖倏諝庑孤≧AL）事件的發(fā)生代表了一種嚴(yán)重的情況,可以在下列三種駕駛中的任一項(xiàng)中發(fā)生∶直線、固定的曲線、變道。試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較了使用NGWBS輪胎和雙胎卡車(chē)的差異,如提前及時(shí)發(fā)現(xiàn)輪胎的RAL事件,培訓(xùn)的司機(jī)可以控制RAL事件的發(fā)生。該研究的結(jié)論是,使用NGWBS輪胎的卡車(chē)的RAL事件和使用雙胎的卡車(chē)的RAL事件一樣可以受控,不會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

具有能量耗散的多體動(dòng)力仿真隱環(huán)輪胎模型

隱環(huán)輪胎模型為免費(fèi)多體動(dòng)力軟件的C++模塊。它被安在一個(gè)多體模擬的車(chē)輪部件上以接收輸入的道路縱剖面,目的是用來(lái)評(píng)估輪胎在惡劣路面上滾動(dòng)的暫態(tài)特性。其是定制的,可用于低側(cè)傾角、有限轉(zhuǎn)向和速度變化的信息收集,也可與路面連續(xù)接觸。它能在激發(fā)頻率達(dá)到100 Hz及路面下陷達(dá)到10 cm的情況下得到準(zhǔn)確的信息。它能對(duì)除路面剖面外的45項(xiàng)輪胎參數(shù)和20項(xiàng)算法參數(shù)進(jìn)行隱式集成。該模型能對(duì)安裝在輪軸上的米其林XZA-3輪胎進(jìn)行可信的有限元分析,產(chǎn)生校準(zhǔn)和驗(yàn)證。產(chǎn)生的曲線與有限元分析的數(shù)據(jù)一致。使用手動(dòng)確認(rèn)參數(shù)的Nelder-Mead 優(yōu)化工藝能夠使12個(gè)測(cè)試曲線的平均測(cè)定系數(shù)從-0.4增加到0.6。當(dāng)速度大于20 km/h時(shí),垂直力的每一個(gè)實(shí)驗(yàn)系數(shù)超過(guò)0.8。對(duì)縱向力來(lái)說(shuō),只有一個(gè)曲線的系數(shù)低于0.5。模塊中也包含了可變的時(shí)間-步長(zhǎng)算法,發(fā)現(xiàn)大約能減少85%的實(shí)驗(yàn)案例的仿真時(shí)間。

輪胎在柔軟沙灘上下沉量的研究

下沉量是驗(yàn)證車(chē)輛性能的一個(gè)重要因素,因?yàn)樗茉斐绍?chē)輛停止或明顯的環(huán)境破壞。伯恩斯坦在1913年第一次提出壓力-下沉量關(guān)系式。Janosi、Hanamoto、Hedegus得出縱向車(chē)輪滑動(dòng)對(duì)下沉量也起著一定的作用。Shinone、Nakashima、Takatsu、Kasetani、Matsukawa針對(duì)輕載車(chē)輛輪胎（980N）確認(rèn)了滑動(dòng)和下沉量的線性關(guān)系。本文針對(duì)垂直輪載荷、縱向車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率、輪胎充氣壓力對(duì)輪胎在松散沙土上下沉量的影響進(jìn)行了研究,得出下沉量與車(chē)輛運(yùn)行條件有關(guān)的結(jié)論。本研究的測(cè)試程序是使用Cranfield大學(xué)的單輪試驗(yàn)機(jī)（SWT）在Cranfield 越野動(dòng)力設(shè)施試驗(yàn)場(chǎng)松散的沙土上進(jìn)行的。SWT用閉環(huán)伺服控制液壓驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制垂直輪胎載荷,用雙液壓馬達(dá)來(lái)控制車(chē)輪速度。SWT裝置安裝在一個(gè)獨(dú)立的原發(fā)動(dòng)機(jī)牽引單元上,它能控制前進(jìn)速度。通過(guò)持續(xù)地與固定參考點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比測(cè)量,計(jì)算真實(shí)的車(chē)輪速度,以便給出所期望的滑動(dòng)剖面圖。在干燥的沙土上使用固特異G90輪胎進(jìn)行了一系列的控制載荷測(cè)試。四個(gè)離散通脹壓力（10、20、30和40 Psi,1 Psi=6.89 kPa）和五個(gè)垂直車(chē)輪的載荷（1、2、3、4、5 kN）代表輪胎的操作范圍。每個(gè)測(cè)試運(yùn)行包括持續(xù)不斷地減少縱向車(chē)輪的滑轉(zhuǎn)率[控制的滑轉(zhuǎn)率從85%（驅(qū)動(dòng)）直線下降到-15%（制動(dòng)）]。然而當(dāng)車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率大于10%時(shí),似乎線性地增加了下沉量,正如Shinone等的發(fā)現(xiàn),滑轉(zhuǎn)率和下沉量的整體關(guān)系是非線性的。

滾動(dòng)模擬胎面花紋模型中四面體有限元的有效性

在胎面花紋上生成結(jié)構(gòu)化六面體有限元網(wǎng)格是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的艱苦工作,這是由于其復(fù)雜的幾何圖案造成。但是,生成高質(zhì)量的四面體網(wǎng)格相對(duì)簡(jiǎn)單,而且可以完全自動(dòng)化。雖然方便并節(jié)約時(shí)間,但是分析師一直避免使用四面體網(wǎng)格,因其接觸應(yīng)力的精度不足會(huì)影響對(duì)花紋磨損的預(yù)測(cè)。胎面膠配方的最新進(jìn)展已經(jīng)極大地改善了四面體網(wǎng)格接觸應(yīng)力的精度。進(jìn)行了在較慢滾動(dòng)條件下四面體網(wǎng)格和六面體網(wǎng)格的預(yù)測(cè)結(jié)果的對(duì)比研究,比較了針對(duì)接地印痕的解決方案,比如接觸應(yīng)力以及整體解決方案,再如殘余回正力矩。

飛機(jī)輪胎的試驗(yàn)?zāi)Σ亮蜏囟日{(diào)查

使用刷式模型方法為飛機(jī)輪胎建模,橡膠和瀝青間的摩擦系數(shù)μ不僅按照使用壓力和滑動(dòng)速度/滑動(dòng)比率,而且也通過(guò)接觸區(qū)域內(nèi)部的局部溫度來(lái)描述。其影響不容忽視,因?yàn)樗軐?dǎo)致明顯的材料屬性的改變。因此,在不同的測(cè)試平臺(tái)上,使用紅外攝像機(jī)熱記錄儀進(jìn)行了分析研究。

首先在高速線性測(cè)試儀（HiLiTe）上進(jìn)行測(cè)量,使用德國(guó)漢諾威萊布尼茲大學(xué)動(dòng)力學(xué)和振動(dòng)研究所（IDS）的測(cè)試平臺(tái)。它能測(cè)試100%固定滑動(dòng)率的單一胎面塊狀樣品,該樣品在各種路面上,比如干濕瀝青、混凝土,以及冰雪上純滑動(dòng)。

本文的研究結(jié)果顯示,與跑道表面與樣品的實(shí)際接觸相比,對(duì)流對(duì)胎面花紋塊冷卻的影響更小。因?yàn)檩^低的表面溫度能導(dǎo)致更高的摩擦力,這種沖擊對(duì)激勵(lì)頻率起反作用,會(huì)造成橡膠樣品在高速時(shí)升溫。一旦這些沖擊開(kāi)始匯集,準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)摩擦系數(shù)在長(zhǎng)期的持續(xù)測(cè)試中就可能得到。盡管如此,由于永久滑動(dòng),隨著橡膠熱頂層的偶爾脫落,磨損會(huì)使其冷卻。

除了這些在HiLiTe的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)測(cè)試之外,還用自動(dòng)運(yùn)行測(cè)試平臺(tái)對(duì)飛機(jī)輪胎的熱行為進(jìn)行了研究。它通過(guò)改變區(qū)域內(nèi)外的客機(jī)輪胎載荷、速度和滑動(dòng)角度,在機(jī)場(chǎng)跑道上進(jìn)行了真實(shí)的測(cè)試。測(cè)試時(shí)可以觀察到新的和部分未知的影響因素。溫度主要受滑動(dòng)角度的影響,其次是速度和載荷。另外,輪胎和跑道的接觸會(huì)導(dǎo)致胎面的冷卻,但沒(méi)有改變花紋溝槽內(nèi)部的溫度。如果跑道的溫度很低的話,花紋溝槽內(nèi)部的溫度就會(huì)將熱量傳遞到胎面上。

輪胎在濕地面滾動(dòng)時(shí)的甩水比較

汽車(chē)或卡車(chē)在濕地面上滾動(dòng)造成的輪胎甩水對(duì)所有司機(jī)來(lái)說(shuō)都是熟知的危害。過(guò)去,努力消除輪胎甩水的影響主要集中在測(cè)試附加設(shè)備方面。這些設(shè)備能有限地控制輪胎甩水。另一個(gè)方法是檢查輪胎甩水的源頭—輪胎和濕路面。

本文描述一套安裝在實(shí)驗(yàn)室的輪胎甩水模擬設(shè)備,在受控環(huán)境下,仔細(xì)檢查甩水。該設(shè)備控制輪胎槽產(chǎn)生的甩水,然后通過(guò)滾動(dòng)的輪胎從路面帶走。使用高速錄像來(lái)捕捉輪胎的順流甩水模式并記錄在磁盤(pán)上。磁盤(pán)的錄像然后通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。一個(gè)“時(shí)間-排水”的概念被用來(lái)介紹描述甩水離開(kāi)輪胎時(shí)的角度。然后比較不同輪胎的甩水模式。

重型卡車(chē)司機(jī)工作負(fù)荷的調(diào)查

隨著車(chē)輛技術(shù)的提高和路上車(chē)輛數(shù)量的增長(zhǎng),司機(jī)的工作負(fù)荷在汽車(chē)行業(yè)越來(lái)越引起大家的興趣。操作因素和環(huán)境因素影響著司機(jī)選擇行駛路線的能力,同時(shí)在精神和體力方面對(duì)司機(jī)提出了大量要求。司機(jī)操作環(huán)境的關(guān)鍵因素是車(chē)輛。在本研究中,針對(duì)8級(jí)拖拉-半掛車(chē)組合車(chē)輛,介紹了不同的輪胎配置（比如,雙基和寬基）對(duì)司機(jī)工作負(fù)荷的影響。通過(guò)四項(xiàng)演習(xí)對(duì)司機(jī)工作負(fù)荷的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)估∶60 m半徑的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)圈、120 m半徑穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)圈、道路歷程、北大西洋公約組織應(yīng)急車(chē)道改變演練。將表面肌電（sEMG）電極分別置于駕駛員左、右手腕屈?。ǔ邆?cè)腕屈肌）和右手腕伸?。ǔ邆?cè)腕伸肌）,捕捉在所有演習(xí)過(guò)程中肌肉的活動(dòng)。計(jì)算sEMG的峰值和綜合值,得到司機(jī)工作負(fù)荷的指標(biāo)。本研究的結(jié)果顯示不同輪胎配置會(huì)使肌肉活動(dòng)存在明顯差異。基于司機(jī)的手勢(shì)演習(xí)的方向（即順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较颍?也能識(shí)別出駕駛技術(shù)的差異。

橡膠表面磨損和相關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

橡膠磨損機(jī)理是復(fù)雜的,直接觀察磨損有一定的局限性。在輪胎行業(yè),對(duì)磨損機(jī)理的認(rèn)識(shí)及對(duì)它的預(yù)防是很重要的目標(biāo)和研究領(lǐng)域。量化磨損的最直接的方法是在磨耗試驗(yàn)機(jī)上測(cè)量其質(zhì)量損失。根據(jù)不同橡膠材料的質(zhì)量損失來(lái)對(duì)其磨損性能進(jìn)行分類(lèi)。測(cè)試不同配方膠料磨損性能的另外一個(gè)方法是看車(chē)輪的磨損表面。用輪胎在路面上或用小的輪胎在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行磨損試驗(yàn),就會(huì)發(fā)現(xiàn)其微觀組織能正?；?即所謂的Schallamach波。這些結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析能更進(jìn)一步給出對(duì)磨損機(jī)理的解釋。本文對(duì)四種磨損性能不同的膠料表面進(jìn)行了研究,不僅測(cè)試其質(zhì)量損失,而且也對(duì)其表面進(jìn)行分析和特征提取。

這一特點(diǎn)被公認(rèn)為是表面結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移?？墒褂靡环N新的粒子圖像測(cè)速（PIV）評(píng)價(jià)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行確定。側(cè)向位移是膠料的特性,也觀察到由于質(zhì)量損失導(dǎo)致其高度降低。另外,可采用觀察到的微觀結(jié)構(gòu)增加局部塑化,從而完善磨損理論。

橡膠摩擦和輪胎動(dòng)力學(xué)：理論與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比

提出了一個(gè)簡(jiǎn)單的橡膠摩擦定律。該模型被用于輪胎和車(chē)輛動(dòng)力學(xué)計(jì)算。摩擦定律是通過(guò)全橡膠摩擦理論的計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來(lái)檢驗(yàn)的。

介紹了一種二維輪胎模型。該模型將橡膠摩擦定律與胎體彈簧塊結(jié)合在一起描述。輪胎模型非常靈巧,可適合用于不同的操作。它可以用來(lái)計(jì)算μ-滑移曲線、自位轉(zhuǎn)矩、制動(dòng)和轉(zhuǎn)彎,或者組合運(yùn)動(dòng)（比如轉(zhuǎn)彎時(shí)制動(dòng)）。將理論預(yù)測(cè)值與在砂紙上進(jìn)行的室內(nèi)輪胎試驗(yàn)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。同時(shí)也展示了使用兩種不同的控制運(yùn)算法對(duì)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）的模擬。

輪胎瞬時(shí)側(cè)向力的產(chǎn)生：對(duì)車(chē)輛操控性能的特征描述

根據(jù)穩(wěn)態(tài)動(dòng)力響應(yīng)描述輪胎力的產(chǎn)生,被認(rèn)為是與滑移角一樣的動(dòng)態(tài)滾動(dòng)條件的函數(shù),和時(shí)間無(wú)關(guān)連性。除了穩(wěn)態(tài)響應(yīng)之外,輪胎也表現(xiàn)出隨時(shí)間變化而變化的瞬時(shí)動(dòng)力響應(yīng),這在橫向上延遲了轉(zhuǎn)彎力的形成。這種延遲的特點(diǎn)往往具有所謂的輪胎松弛長(zhǎng)度（RL）（Ly）的特征,輪胎的性能特點(diǎn)被認(rèn)為對(duì)操控性能有很大的影響。討論了輪胎橫向RL的定義和機(jī)械論的解釋,比較了橫向RL的測(cè)量和解釋的不同方法。測(cè)量方法包括不同類(lèi)型的帶束層以及靜態(tài)剛度測(cè)量。因?yàn)闇y(cè)量不確定性的不同等級(jí),所以論證了不同測(cè)量方法的再現(xiàn)性和優(yōu)勢(shì)。進(jìn)行了操縱試驗(yàn)以弄清楚對(duì)輪胎/車(chē)輛系統(tǒng)模型包括輪胎瞬時(shí)響應(yīng)的影響。這項(xiàng)研究包括一系列操縱模擬,使用了不同瞬態(tài)力和力矩的輪胎以及戶(hù)外主觀操縱評(píng)級(jí)分析。結(jié)果表明,輪胎的瞬態(tài)特性對(duì)汽車(chē)操縱性能的影響比對(duì)輪胎穩(wěn)態(tài)動(dòng)力響應(yīng)的影響要稍小。

NR/BR共混體系物理性能和力學(xué)性能的同步優(yōu)化的結(jié)合二階因子影響測(cè)定

天然橡膠（NR）、順丁橡膠（BR）并用膠以及其他并用膠被廣泛地用于提高膠料的力學(xué)性能和物理性能。通過(guò)對(duì)NR/BR并用膠的比例調(diào)整和不同的混煉方法,可改善膠料性能和最終產(chǎn)品（比如胎面膠）性能。采用反應(yīng)曲面分類(lèi)研究法設(shè)計(jì)五因素試驗(yàn)∶高耐磨炭黑（N330）、芳烴油、 NR/BR比例、硫磺、N- 氧聯(lián)二乙基-2-苯并噻唑亞磺酰胺。

八項(xiàng)性能都最優(yōu)的配方中有44.0 份炭黑、6.1份油、NR與BR的比例為78:22,其膠料性能如下∶拉伸強(qiáng)度（22 MPa）、拉斷伸長(zhǎng)率（528%）、撕裂強(qiáng)度（30 kg/mm）、回彈率（67%）、硬度適中（68國(guó)際硬度）、低升熱（17 ℃）、壓縮永久變形（12%）、磨耗損失（57 mm3）。更優(yōu)化的組合可以很容易地從NR/ BR并用膠模型的等高線圖上查到。

（劉元順 譯）

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