[发明专利]一种模拟全钢子午线轮胎硫化过程的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种全钢子午线轮胎硫化过程的模拟方法，实现全钢子午线轮胎在平板硫化机内硫化的计算机模拟，精确预测出轮胎内部每一点的温度和硫化程度变化情况。

背景技术

传统的轮胎硫化方法是通过热电偶测出胎肩、胎圈、胎冠等轮胎内部关键部位的温度，再应用动力学模型把各点温度转化为硫化温度，以此确定硫化的必要时间。每次做完试验后，必须把轮胎割开找出热电偶的位置，因此，这种试错方法成本高、时间长。而且，配方设计和硫化介质温度的改变将影响轮胎硫化特性，使用之前的经验很难预测处轮胎的硫化性能。

近年来，计算机模拟已应用于轮胎硫化方法中，美国专利公开号为US 7744789B2的专利文献公开了一种硫化不均匀厚橡胶制品的方法，指出运用有限元法来确定像巨胎或轮胎胎冠处的硫化程度。闫相桥撰写，Polymer Journal 2007年39卷第10期的《NumericalModeling of Dynamic Curing Process of Tire by Finite Element》对某子午线轮胎进行了有限元模拟，对橡胶-钢丝复合材料采用各向异性模型模拟。Nova Science出版社出版的《Computational Materials》一书中，由Mir Hamid Reza Ghoreishy撰写的“NUMERICALSIMULATION OF THE CURING PROCES S OF RUBBER ARTICLES”一章，综述了橡胶硫化有限元分析中的若干问题，并以某子午线轮胎为例，对其进行了有限元模拟。中国专利申请号为201010522931.X.的专利文献公开了一种模拟橡胶制品硫化的方法，运用精度较高的混合动力学模型模拟橡胶动力学特性，多维热参数函数模拟橡胶的热物性参数变化。

但是，上述公开文献均没有涉及橡胶-钢丝复合材料的导热系数、比热容和密度变化的描述，且未涉及对轮胎硫化系统网格快速划分方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷而提供一种模拟全钢子午线轮胎硫化的方法，结合橡胶和钢丝各导热系数、比热容、密度及其体积分数，通过混合定律模型来模拟橡胶-钢丝复合材料的导热系数、比热容和密度变化，并根据轮胎硫化系统的特点，提出了一种快速划分轮胎硫化系统网格的方法。

本发明为实现上述目的，采用的技术方案包括如下步骤：1)测量获得轮胎中各橡胶材料的流变曲线和热物性参数、轮胎中生胶在135℃、145℃和160℃的三种恒温下的硫化转矩-时间变化曲线以及水囊的热物性参数，计算得出相应的硫化程度-时间变化关系曲线和硫化程度-硫化反应速度变化曲线，以及三种恒温下的诱导时间；2)定义轮胎各部分材料的热物性和/或硫化动力学特性，使用混合动力学模型定义轮胎中橡胶的硫化动力学特性；3)使用网格划分方法对轮胎进行快速网格划分；4)建立轮胎硫化的传热-化学反应耦合方程；5)基于牛顿迭代法对传热-化学反应耦合方程进行数值计算，由测试出的硫化反应总热量和硫化反应速率乘积确定橡胶生热率，数值计算的时间增量定义1秒；6)获取工程正硫化时间、温度、硫化程度、硫化反应速率中至少一个与所述轮胎硫化相关的物理化学参数。

本发明通过计算机更加精确和高效地模拟轮胎硫化的传热过程和交联过程，预测出轮胎内部每一点的温度和硫化程度，这对提高轮胎产品质量、改进轮胎硫化工艺和指导橡胶配方设计具有重要的实际意义，对进行轮胎科学化的和数字化的设计具有重要的理论意义。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式进一步描述本发明；

图1为待模拟轮胎硫化系统子午面的模拟状态结构示意图；

图2为本发明轮胎硫化模拟方法的流程图；

图3为图2中网格划分的流程图；

图4为待模拟轮胎硫化系统网格快速划分的典型步骤的示意图；

图5为判断轮胎硫化诱导期是否结束的无量纲参数分布的等值线示意图；

图6为典型时间点轮胎内部硫化程度分布的等值线示意图；

图7为典型时间点轮胎内部温度分布的等值线示意图；

图8为轮胎内部最难硫化部位的温度和硫化程度随时间的变化曲线示意图。

具体实施方式