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1、第32卷第6期北京化工大学学报Vol.32,No.62005年JOURNALOFBEIJINGUNIVERSITYOFCHEMICALTECHNOLOGY2005带束层角度对全钢子午线轮胎应力影响的有限元分析3陈 蔚 马改陵 崔文勇(北京化工大学机电工程学院,北京 100029)摘 要:考虑轮胎的几何非线性、橡胶材料的不可压缩性、帘线增强橡胶复合材料的各向异性以及轮胎接触非线性,建立了9100R20规格全钢丝载重子午线轮胎的有限元分析模型,并分析了带束层角度对充气和垂直载荷两种工况下的带束层钢丝帘线第一主应力的影响;得出不同工况及不
2、同角度改变方案下的带束层上最大应力节点的S1变化趋势,可为实际工程提供理论指导。关键词:全钢丝载重子午线轮胎;带束层角度;钢丝帘线;第一主应力(S1);有限元分析中图分类号:O242121料性能,其中,橡胶采用不可压缩mooney2Rivlin材引 言料模型进行模拟,钢丝帘线采用各向同性弹性材料全钢丝载重子午线轮胎是由多种橡胶材料和骨进行模拟。选用实体单元模拟轮胎各部位橡胶材料架材料(胎圈钢丝、钢丝帘线等)组成的复杂的柔性包括帘布层基体材料,采用Rebar单元模拟钢丝帘结构。对子午胎而言,带束层对轮胎的力学性能有布层,Rebar单元
3、是一些可在里面放置单方向的应较大影响。带束层的结构、帘线铺设角等进行很小变膜元(加强芯或杆,本模型中是钢丝帘线)的中空的改动,可能使轮胎的力学性能发生显著的变化。单元,MSC.Marc.中任意材料都可以用于模拟Re2近年来基于有限元分析技术提出了一系列的新的轮bar单元。Rebar与其他实体单元(填充物,本模型胎设计理论,如RCOT(RollingContourOptimization中是指帘布层中的橡胶基体)联合使用来代表加筋Theory)滚动轮廓优化设计理论、动态稳定性最佳接材料(即钢丝增强橡胶复合材料)。Rebar单元既可地理
4、论、应力最佳轮廓设计理论等,这些设计理论也用于加强芯是小应变也可用于是大应变的情形。本都十分重视带束层帘线的作用及受力状况[122]。因文根据9100R20全钢丝载重子午线轮胎的实际结此了解带束层的工作状态对子午线轮胎的设计有着构,建立相应的有限元模型。111 二维模型(充气工况)重要的指导意义和应用价值。轮胎为轴对称结构,且充气为轴对称载荷,因此本文采用MSC/Marc/Mentat有限元分析和建充气工况的分析只需采用轴对称单元建立二维的轴模软件建立了全钢丝载重子午线轮胎(9100R20)的对称模型即可(如图1所示),这样可以节省
5、大量计三维非线性有限元模型并进行了分析,在模型中充算机时。轮胎的二维轴对称模型反映了轮胎断面的分考虑到轮胎结构的复杂性、轮胎变形的几何非线性、轮胎与地面接触的载荷非线性。1 有限元模型的建立和验证全钢丝载重子午线轮胎的结构复杂,根据其实际结构,在有限元模型中的相应部位定义不同的材收稿日期:2004212230基金项目:北京市重点项目(951401900)第一作者:女,1977年生,硕士生3通讯联系人图1 轮胎二维有限元模型E2mail:cuiwy@mail.buct.edu.cnFig.12Dfiniteelementmodelof
6、tire©1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第6期 陈 蔚等:带束层角度对全钢子午线轮胎应力影响的有限元分析·83·材料分布,在带束层端部、胎体反包处和胎圈等结构接触的区域内单元划分密集,而在其他区域内单元[5]复杂处,轮胎易损坏,节点分布相对密集。图1所示布置相对稀疏。的n1,n2,n3,n4四节点为本文选择的应力分析节2 计算结果分析点。二维模型变形结果如表1。本文所建立的全钢丝载重子午线轮胎的带束层表1 轮胎充气工况变形结
7、果Table1Deformationresultsoftireundera结构为3层,因第1,2层(由内向外)承受载荷较大,inflatedpressure第3层主要起缓冲作用,因此这里主要研究第1,2层带束层钢丝帘线角度的变化对于不同载荷工况下变形前变形后变形后相对偏计算值计算值实验值差/%应力的影响。为此,分别改变第1层、第2层的钢丝外直径/mm1015101819141021110121帘线角度β1,β2和同时改变第1层和第2层钢丝帘断面宽/mm253182621602262110119线角度进行计算,并分别分析充气工况和接触
8、工况下帘线的第一主应力S1的变化情况。 注:充气压力为0181MPa。211 充气工况下带束层角度对应力的影响由表1分析可以看出,由有限元分析计算得出带束层帘线角度以轮胎左右对称中心面为基的结果与实验数据有较好的吻合,说明模型的建立
