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(jié)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(tài)下也處于較優(yōu)狀態(tài)。

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(jié)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(yōu)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(jié)構如圖1所示。

圖1 帶束層結(jié)構

1 輪胎三維有限元模型建立

1.1 輪胎網(wǎng)格模型

對輪胎、地面分別建立二維、三維網(wǎng)格模型。對地面進行拉伸創(chuàng)建網(wǎng)格，對輪胎截面進行旋轉(zhuǎn)創(chuàng)建網(wǎng)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(nèi)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(shù)如表1所示。

（3） 橡膠材料模型Mooney-Rivlin的參數(shù)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(shù)

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(shù)值如表2所示。

表2 五種方案的帶束層寬度

2.2.1 結(jié)果分析

經(jīng)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(shù)值如表3所示。

使用Matlab對得到的數(shù)據(jù)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(jù)數(shù)據(jù)擬合曲線得到以下結(jié)論：

（1）帶束層應力最大值都發(fā)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(fā)生在輪胎與地面接觸區(qū)域的兩側(cè)，接觸區(qū)域疲勞現(xiàn)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(xiàn)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?guī)鴮拥膶挾群妥冃瘟慷己苄?，綜合考慮應力和寬度的影響，選擇第三組為最優(yōu)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(nèi)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(diào)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(shù)據(jù)可以看出調(diào)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(jié)語

帶束層結(jié)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(shù)值處較優(yōu)狀態(tài)。

[1] 岳戈，陳權.ADINA應用基礎與實例詳解[J]. 北京：人民交通出版社，2008.7.

[2] 趙子亮 .汽車輪胎的發(fā)展趨勢.世界汽車 .1999.10（2）：14～16 2006.5.

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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(fā)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(fā)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(zhì)為膠液，殼程介質(zhì)為冷卻介質(zhì)，冷卻介質(zhì)為循環(huán)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(wěn)可控、分布合理，可用于生產(chǎn)高質(zhì)量合成橡膠產(chǎn)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