[发明专利]一种橡胶磨耗量的表征方法

说明书

针对现有的橡胶磨耗分析方法没有考虑温度和摩擦能的影响，分析结构准确度不能满足实际应用的上述问题，本发明提供一种橡胶磨耗量的表征方法，步骤一：利用磨耗试验机进行橡胶的磨耗测试，构建橡胶磨耗的有限元模型，计算摩擦能，实验数据回归分析得到磨耗的摩擦能函数A_E＝C_EE^m；步骤二：利用变温磨耗测试装置进行橡胶的变温磨耗测试，实验数据拟合得到表达橡胶磨耗与温度之间的关系的二次多项式A_T＝aT²+bT+C；步骤三：引入中间变量，令常温T₀、恒定速度V₀下的参考磨耗量为A₀，E₀为其对应的摩擦能，对步骤一及步骤二的公式进行整合和公式推导得到A＝C_mE^m(a₁T²+a₂T+a₃)。本发明建立了磨耗与温度、摩擦能变量的综合表达式。本发明是对橡胶磨耗机理研究的一次创新，具有重要的科学价值。

技术领域

本发明属于橡胶制品设计分析技术领域，涉及橡胶制品磨耗的本构关系、磨耗量的计算 评价方法，尤其涉及橡胶主要制品轮胎的磨耗计算和优化方法。

背景技术

轮胎是汽车的唯一接地部件，轮胎与地面的摩擦作用和力的传递提供了汽车运动所需各 项力和力矩，汽车行驶过程中必然造成轮胎磨耗。轮胎的摩擦与磨耗影响了轮胎的寿命，同 时影响着车辆行驶的安全性操控性、经济性及噪声等特性。因而成为汽车轮胎行业工程技术 人员和相关专家学者的研究热点问题。

轮胎是由橡胶和骨架材料钢丝/纤维多部件组成的结构体，轮胎的磨耗主要指与地面接触 胎面胶的磨损。由于橡胶及其主要制品轮胎具有黏弹性、大变形、非线性特征，材料性能与 应变、温度、频率，老化时间又强相关，其磨耗是一个相当复杂的过程。而轮胎的磨耗在橡 胶磨耗的基础上同时还要考虑结构设计及其耐久性、路况等其它综合因素，则进一步加剧了 研究的复杂性。

尽管国内外学者对橡胶摩擦磨耗机理做了较多的研究，已获取了一些有价值的研究成果， 然而这些成果大多是基于不同试验条件或不同的角度来展开的研究，更多的是停留在试验层 面的研究，都有一定局限性，目前仍然缺乏系统的理论共识。主要表现在：

(1)橡胶与磨面的摩擦接触是黏附、滑动二种状态并存，但没有适用的摩擦系数综合表 达式。负荷、滑移速度、温度对橡胶磨耗综合影响及表征仍然是一大难题，对橡胶热力耦合 磨耗的研究与表征还缺乏系统的理论成果。

(2)橡胶材料的磨损率随着温度升高而增大已形成共识，但很少有实验来测试和描述磨 耗对温度的依赖关系。橡胶轮在磨损运行过程中的温升，一方面来自于橡胶与接触面的摩擦 生热，摩擦能只有极少的部分用于橡胶的磨蚀，摩擦能的耗散导致接触区域和橡胶轮自身的 温升，国内外学者对此进行了较多研究，另一方面来自于橡胶轮自身滞后损失生热，对于轮 胎来讲后者更为重要。

因此，基于目前的研究理论，建立磨耗对角度、负荷、速度、温度多变量的综合表达式 是十分困难的。目前的橡胶磨耗量表征方法，没有考虑温度和摩擦能的影响，其分析结果的 准确度不能满足实际应用要求。

发明内容

针对现有的橡胶磨耗分析方法没有考虑温度和摩擦能的影响，分析结构准确度不能满足 实际应用的上述问题，本发明提供一种橡胶磨耗量表征方法，通过对负荷、角度与磨耗的关 系集中采用摩擦能来表征，根据WLF方程对温度、速度与磨耗量的影响集中采用温度来表征， 建立了磨耗量(下文有时称磨损质量)与温度、摩擦能变量的综合表达式。本发明是对橡胶 磨耗机理研究的一次创新，具有重要的科学价值。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种橡胶磨耗量的表征方法，包括以下步骤：