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1、8轮胎工业2001年第21卷全钢载重子午线轮胎的力学分析研究1111222郭杨,刘锟,潮阳,梁俐,李伟,夏勇,夏源明(11安徽开元轮胎有限责任公司,安徽合肥230011;21中国科学技术大学,安徽合肥230027)摘要:介绍轮胎力学发展的历史,通过对轮胎设计理论的探讨,认识到有限元分析已成为全钢载重子午线轮胎研究的主要手段。有限元分析对轮胎复合材料力学性能的接触问题、滚动损失和温度场等有了较成功的应用。准确预报复合材料性能,建立合理描述材料的低模量和轮胎的大变形、大应变的力学模型以及解决热力耦合问题,仍是进行载重子午线轮胎力学分析的难点。关键词:子午线轮胎;轮胎力学;有限元分析+中
2、图分类号:U463134113文献标识码:A文章编号:100628171(2001)0120008208目前国内全钢载重子午线轮胎发展较为迅年法国米其林公司首先发明了全钢子午线轮胎速,但其技术来源主要依赖于国外进口。为了(1953年开始工业化生产),1954年意大利倍耐提高国内的技术水平,寻求进一步研究轮胎力力公司研制出半钢子午线轮胎,才揭开了一场[1,2]学问题的切入点和突破点,以期更好地指导生轮胎革命的序幕。由于子午线轮胎优越性产设计,本公司与中国科学技术大学力学系合能更依赖于合理的结构设计,因此有了轮胎的作,对全钢载重子午线轮胎力学分析研究的现结构力学理论模型的进一步发展。这
3、些理论模状进行了充分调研,对其有了比较综合的认识。型应用于轮胎的结构设计已充分显示出力学分析在改进轮胎产品质量中的重要作用,使人们1轮胎力学研究的概况认识到结构设计与材料设计具有同等重要的地111轮胎力学在轮胎发展中的地位位。到20世纪80年代中期,有限元分析技术从19世纪到20世纪初,轮胎先后经历了在轮胎断面轮廓设计中的应用,使其突破了自从实心到空心,从帆布骨架材料到帘线骨架材然平衡轮廓的束缚,开始寻求自然平衡轮廓以料以及橡胶硫化法和炭黑补强等一系列的新技外的最佳轮廓,因而掀起了在轮胎结构设计中术的应用,从而实现了早期的轮胎工业化生产。应用有限元技术的热潮,这不仅加快了轮胎新在这
4、漫长的过程中,轮胎性能的改进完全依赖产品的开发速度,还促进了轮胎产品的多样化,[3]于材料学和加工工艺的进步而得以实现,而作以满足不同的使用要求。这说明轮胎力学为定量分析的轮胎结构力学理论是在此之后才在轮胎设计中正向深度和广度快速发展,轮胎逐渐建立起来的。从Purdy(1928年)用薄膜理力学已经成为“汽车轮胎学”的核心内容。论对轮胎结构进行的近似计算开始,到Hoffer2112轮胎力学研究的方法及其演化berth(1956年)和Biderman(1957年)等以网络早期轮胎力学是沿着两条线索相对独立地理论为基础,形成斜交轮胎的自然平衡轮廓理平等发展。一是研究轮胎整体力学性能,如负
5、论,轮胎结构力学才逐渐地被应用到轮胎的结荷性、包络特性、侧偏特性和振动特性等。所用构设计中,并促进了斜交轮胎性能逐渐完善。方法主要是建立简化的整体结构模型进行理论子午线轮胎发明于1913年,但直到1947分析(这种模型的典型代表是弹性基础上的圆环梁),同时发展轮胎成品力学性能的测试方作者简介:郭杨(19692),男,安徽含山人,安徽开元轮胎有法,以便实测得到理论模型中的有关参数,同时限责任公司工程师,学士,从事技术管理工作。检验理论结果和发展理论分析。二是围绕轮胎第1期郭杨等1全钢载重子午线轮胎的力学分析研究9的结构设计开展了与材料力学性能相关的结构部力学特征的研究,并进一步注意结
6、构的细观[4]分析研究工作。这些分析研究工作经历了分析的趋势。以下发展过程:仅考虑帘线的承载能力,不计帘轮胎力学的发展使人们越来越深刻地认识线变形和橡胶的受力和刚度;计及帘线变形和到轮胎的力学行为取决于两大要素———材料与橡胶刚度;引入复合材料力学的理论和方法,将结构。轮胎材料宏观平均地视为帘线2橡胶复合材料;这里的结构以及与之对应的材料可从3个进一步考虑到橡胶基体低模量、大变形的特点,层次来理解:第1层次是轮胎结构(主要是指外提出了柔性复合材料的概念,使得对材料力学胎结构),对应的材料指帘线2橡胶复合材料(如性能的描述逐步接近真实。轮胎结构的分析理胎体材料、带束层材料)和橡胶(如
7、胎面材料);论也由网络理论(主要用于轮胎断面形状设计第2层次是帘线2橡胶复合材料本身的结构,对和帘线的强度分析),经过薄膜理论和薄壳理论应的材料是帘线和橡胶;第3层次是橡胶和帘(将轮胎材料按复合材料考虑),建立了层合壳线本身的结构,对应的材料分别是橡胶组分材理论,至此轮胎结构力学在经典复合材料力学料、增强材料和组成加捻帘线的单丝材料以及的框架内得到了充分的发展。但将这些理论模单丝材料本身的组分材料等。因此,轮胎设计型的分析结论与实验和测试结果比较时发现,包括材料设计和
