资源描述：
《轮胎复合材料力学性质的实验研究new》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第5期刘勇等1轮胎复合材料力学性质的实验研究261轮胎复合材料力学性质的实验研究刘勇,杨卫民(北京化工大学机电工程学院,北京100029)摘要:测定了子午线轮胎复合材料(胎体帘布层、锦纶带束层、钢丝带束层和冠带层)中的杨氏模量、泊松比和密度,并通过对所得数据进行理论分析得知,复合材料的力学性质介于线性和非线性之间,在小变形范围内,钢丝和纤维帘线是线性的,而橡胶则呈现明显的非线性;在大变形范围内,胎体帘布层、锦纶带束层、钢丝带束层和冠带层等复合材料均呈现非线性。关键词:子午线轮胎;力学性质;复合材料++中图分类号:U463134116
2、;TQ336111文献标识码:A文章编号:10002890X(2002)0520261206在轮胎设计和性能仿真时,轮胎材料的力学又分为杨氏模量、切变模量和体积模量。在橡胶性质参数非常重要,但由于这些数据很难测得,或材料力学性质研究中,最常用的是杨氏模量。出于保密原因,国内外文献中很少有直接介绍各211杨氏模量[1～6]种轮胎材料物理性能数据的。本文介绍我21111试验的基本条件们在轮胎复合材料力学性质的实验研究中所测得测试仪器:美国Instron公司生产的IX型自胎体帘布层、锦纶带束层、冠带层和钢丝带束层的动材料测试仪。杨氏模量、
3、泊松比(或剪切模量)和密度,并对之进环境条件:湿度50%;温度23℃。行理论分析,为子午线轮胎的结构设计和性能仿试样尺寸见表1。真提供了重要数据。21112测量结果与分析2111211胎体帘布1轮胎的复合材料在胎体帘布的杨氏模量测量中所得的帘线角轮胎由多种材料组成,基本材料可分3类:橡度分别为0,30,60和90°的4组12个试样的应力胶、纤维和钢丝[7]。由两种或两种以上的基本材2应变曲线分别见图2～5,并与刚性材料铸铁的料组合成的结构材料称为复合材料,例如由钢丝应力2应变关系曲线(见图6)和高弹性材料NR的和橡胶构成的钢丝带束层
4、,由帘线和橡胶构成的应力2应变关系曲线(见图7)进行对比分析。胎胎体帘布层等。本实验研究的子午线轮胎在其断体帘布应力2应变关系及其杨氏模量的测量结果分别见表2和3。面结构的不同部位采用了11种材料,如图1所从图2可以看出,在胎体帘布这种纤维与橡示。胶的复合材料中,当沿着纤维排列的主方向拉伸时,主要表现为帘线的力学性质,曲线较光滑,应2试验测量和分析变不超过50%,其变形规律是近似线性的。这主弹性模量是发生单位应变时的应力,它表征要是由于帘线的杨氏模量比橡胶材料的杨氏模量材料抵抗变形能力的大小,模量愈大,愈不容易变[8]大得多,可以大
5、大提高复合材料的强度,这也是选形,材料刚性愈大。根据受力不同,弹性模量用帘布作为轮胎主体材料的原因。从图5中可以看出,当沿着与纤维排列的主基金项目:北京市科技新星计划资助项目(954811600)作者简介:刘勇(19732),男,山东阳谷人,北京化工大学在读方向呈90°的方向拉伸时,则主要表现为橡胶的硕士研究生,主要从事轮胎性能仿真方面的研究。力学性质,曲线呈明显的锯齿型,应变大于50%262橡胶工业2002年第49卷图1子午线轮胎结构与材料分布表1试样尺寸编号项目1234帘线角度/(°)0306090宽度/mm6116146146
6、11厚度/mm111111111111测量长度/mm33333333图330°角时胎体帘布应力2应变曲线从图3和4可以看出,帘线角是30和60°的胎体帘布的应力2应变曲线分别类似于帘线角度为0和90°的胎体帘布的应力2应变曲线,并且二者有互相接近的趋势。可以认为,在帘线角是30°的胎体帘布中,帘线承受大部分拉力,橡胶材料承受小部分拉力;帘线角是60°的胎体帘布则相反。同时也可以看出,随着帘线角度从0～90°图20°角时胎体帘布应力2应变曲线变化,帘线承受的拉力越来越小,而橡胶材料承受后仍不会断裂,其变形规律是非线性的。这是由的拉力越
7、来越大,变化可以认为是连续的;帘布的于帘布纵向没有帘线承受拉力,主要靠帘线之间应变越来越大,曲线越来越呈现锯齿型,当应变量的橡胶材料承受拉力,而橡胶材料要经过最初的大约在8%范围之内时,可用线性来近似描述胎普弹形变,到分子链取向,再到高弹形变的过程;体帘布的应力2应变关系。并且随着应力的增大,发生取向的分子链段越来2111212锦纶带束层越长,因此表现出典型橡胶材料的力学性质(参见在锦纶带束层杨氏模量的测量中,对帘线角图7)。度分别为0和90°的2组6个试样进行了测试,测第5期刘勇等1轮胎复合材料力学性质的实验研究263[9]图6铸
8、铁拉伸应力2应变曲线图460°角时胎体帘布应力2应变曲线[10]图7NR应力2应变曲线1—实验值;2—理论值将图8和9与图2和5进行比较可以看出,锦纶带束层与胎体帘布的应力2应变曲线几乎一样,变化规律非常接近,计算出的杨氏模量大小也差
