《轮胎设计力学》PPT课件

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1、《轮胎设计力学》wwwli@mail.ustc.edu.cn第一讲绪论—轮胎设计力学的发展、内容、任务和研究方法参考资料：《充气轮胎性能与结构》P157－187；P1－12§1.轮胎设计力学的发展经典设计理论——解析方法现代设计理论（第一阶段）——引入有限元分析技术现代设计理论（第二阶段）——引入优化设计的理论和方法转§2经典设计理论薄膜理论，Purdy(1928)网络理论，Hofferberth(1956)自然平衡轮廓理论，Biderman(1957)修正的自然平衡轮廓理论，Akasaka(1981)特点返回特点－经典设计理论优点：抓住了轮胎结构中的最主要因素

2、，对充气状态的轮胎整体力学特征作出了较恰当的描述，是现代设计理论的基础；形式上得到了解析解，便于应用不足：过于简化（如：不计橡胶受力；不计帘线的变形等），不适合描述结构中的局部力学特征；仅适用于充气状态返回现代设计理论（第一阶段）最佳滚动轮廓理论RCOT(RollingContourOptimizationTheory)—BS公司（1985）最佳张力控制理论TCOT(TensionControlOptimizationTheory)—BS公司（1988）负载时应变能最小化理论SEMT(StrainEnergyMinimizationTheory)—横滨（1988）

3、其它设计理论特点面临的问题返回最佳滚动轮廓理论RCOT针对问题：轿车子午胎侧偏时发生“皱曲”现象（高速情况下）思路：改变断面轮廓形状来提高带束层张力办法：采用有限元分析技术；减小胎侧部曲率半径，加大胎圈部曲率半径（图1－2）效果：改善了轮胎的行驶性能。被誉为“划时代的新设计理论”返回思考题图1－1“皱曲”现象示意图返回图1－2RCOT轮廓和帘线张力分布返回受力特点思考题？1：若进一步减小胎侧曲率半径，增大胎圈部曲率半径，是否会使轮胎性能更加改善？？2：RCOT是否适合低断面轮胎？？3：还有什么方法可提高带束层张力？返回受力特点自然平衡轮廓：对子午胎来说，胎体帘线受

4、均匀张力；（斜交胎是胎冠部最大）RCOT轮廓：胎体帘线张力在胎圈部位增大，胎侧部位减小，胎冠部位也减小；带束层张力提高。返回最佳张力控制理论TCOT针对问题：载重子午胎的耐久性思路：减小带束层端部和帘布层反包端部的变形办法：利用有限元分析手段；考虑负载下的偏心效果，控制行驶状态的张力来降低带束层端部变形；利用充气压力来控制轮廓形状，以减小帘布层反包端部的变形（图1－3、图1－4）效果：维持其它原有性能的情况下，大幅度提高了胎圈及带束层的耐久性返回图1－3充气后轮廓形状的变化TCOT传统轮廓返回（两者初始形状不同，充气后形状接近）图1－4充气时胎圈部位的变形返回TC

5、OT传统轮廓负载时应变能最小化理论SEMT针对问题：钢丝载重子午胎的耐久性思路：承载状态下力求同时减小带束层端部和胎体帘布层反包端部的应变能办法：采用非线性有限元分析手段，得到了合适的轮廓形状（图1－5）以及四项新技术（图1－6、图1－7）效果：降低了应变能；提高了耐偏磨性能和操纵稳定性返回图1－5SEMT轮廓形状图1－6SEMT的四项新技术返回1－带束层新结构2－直线型胎侧3－肩部条形花纹4－耐疲劳胶料返回图1－9图1－7SEMT的带束层新结构返回其它设计理论动态模拟最佳轮廓理论DSOC、DSOC-S（用于轿车）和动态稳定性最佳接地面理论DSOC-T－东洋公司P

6、SP（1987）、PSP-F理论－住友公司轮胎综合技术理论（I理论）－大津公司最佳应力应变周期设计理论CSSOT－前苏联（1988）返回特点－现代设计理论（第一阶段）要借助于有限元分析技术；提出了非平衡轮廓形状设计理论，但仍需要利用平衡轮廓理论作初步设计；超出了形状设计的范畴，可以考虑更多的设计因素，如局部构件的结构形式、不同部位选用不同性能的材料等；未完，见下页（续上页）可考虑各种工况下的轮胎载荷；可对局部性能进行改进设计；可针对性地根据使用要求设计出不同性能的轮胎；拓宽了轮胎结构设计的空间；不具有普适性，难以掌握不能完全代替轮胎实验，但可以减少轮胎试验，缩短产

7、品开发的周期。返回上页面临的问题－现代设计理论（第一阶段）目标性能的力学量描述（依赖于对结构性能及其受使用条件和设计参数影响的规律性认识，目前这种规律性研究的积累太少）；目标性能的相互制约；设计参数与反映目标性能的力学量之间的关系复杂；未完，见下页（续上页）设计参数太多（设计变量空间几乎是无限的），有必要对其进行分类研究；选取设计参数时靠试算的办法，一般只能取得相对好的、而不是最好的设计方案；有限元计算的精度问题；计算量太大返回上一页设计变量（举例）非结构因素：气压、载荷、速度、环境温度等非参数化的结构因素：轮胎规格；帘线规格；带束层结构形式、钢丝圈截面形状和方位

8、；橡胶材料