盧 帥，王昌寧，張 鵬，王興玉

（1.怡維怡橡膠研究院有限公司，山東 青島 266045；2.賽輪集團股份有限公司，山東 青島 266045）

全鋼子午線輪胎的胎面接地印痕與輪胎的磨耗性能等直接相關。隨著國內外輪胎市場的發(fā)展，各個品牌之間的競爭日益激烈，輪胎的性能受到客戶和消費者越來越多的關注。通過優(yōu)化輪胎接地印痕形狀，可改善磨耗性能，提高輪胎產品品質[1-3]。

本工作采用有限元方法對295/75R22.5全鋼子午線輪胎胎肩邊溝設計進行優(yōu)化。

1 方案設計

為了便于分析對比，各方案采用相同的輪胎結構，設計參數如下：外直徑 1 087 mm，斷面寬288 mm，行駛面寬度 220 mm，胎圈著合寬度235.6 mm，輪胎原始結構如圖1所示。

圖1 輪胎原始結構示意

為了研究胎肩邊溝設計對輪胎偏磨的影響，在輪胎原始結構的基礎上提出7種不同的胎肩邊溝設計方案（見圖2），并進行接地壓力對比分析。

圖2 7種方案輪胎胎肩邊溝設計

優(yōu)化方案1—7的胎肩邊溝具體設計如下：方案1采用直槽設計；方案2在方案1的基礎上將直槽內徑縮??；方案3在方案2的基礎上邊部降低2 mm；方案4在方案2的基礎上將槽寬度加大，底部等寬折彎；方案5在方案2的基礎上底部為非等寬折彎；方案6在方案2的基礎上直槽開在邊部向下3 mm處，底部折彎；方案7直接在邊部開槽。

2 有限元模型的建立與計算

2.1 前處理

為了便于仿真結果的比較，在前處理時對所有模型采用同樣的網格劃分標準，都施加4 mm的撒種密度，如圖3所示。

圖3 有限元模型網格劃分

橡膠單元四邊形采用CGAX4H雜交單元，三角形采用CGAX3H單元，帶束層單元采用SFMGAX1類型。橡膠材料特性采用Yeoh模型表征。仿真中所使用的橡膠配方完全相同。

2.2 邊界條件

邊界條件分兩步處理：第1步，固定輪輞，對輪胎內表面施加830 kPa充氣壓力，進行二維充氣仿真；第2步，在靜負荷狀態(tài)下進行三維計算，負荷為3 550 kg，充氣壓力為830 kPa。

2.3 結果及分析

得到三維加載仿真結果后，截取原始結構和7種方案的胎面接地印痕，如圖4所示。

從圖4可以看出：

圖4 各方案胎面接地印痕

（1）添加胎肩邊溝可以顯著降低胎肩的最大接地壓力；

（2）不同胎肩邊溝設計對胎肩接地壓力的改善程度不同，直溝設計要優(yōu)于折彎邊溝設計；

（3）胎肩偏下部位添加邊溝設計效果最好，胎肩最大接地壓力在7種方案中最小。

根據ARCHARD模型磨耗率的計算，在同一輪胎模型下，胎肩接地壓力最小，對胎肩的磨損也最小[4]。

將輪胎接地部分等分為5×5區(qū)域，計算各區(qū)域接地壓力平均值。不同方案輪胎接地部分各區(qū)域接地壓力平均值如表1所示。

從表1可以看出，添加胎肩邊溝的輪胎胎肩接地壓力總體上小于無邊溝設計的胎肩接地壓力，方案6的胎肩邊溝設計對輪胎偏磨的改善效果最好。

表1 不同方案輪胎接地部分各區(qū)域接地壓力平均值 MPa

3 結論

采用有限元方法可以有效地進行輪胎設計方案的篩選與改進，為結構設計與優(yōu)化提供良好的依據。

通過有限元分析得出：輪胎胎肩邊溝設計可以有效降低胎肩最大接地壓力和應力集中，從而減少胎肩偏磨現象，延長輪胎壽命；在胎肩偏下部位添加邊溝的改善效果最佳。