[发明专利]一种轮胎仿真设计方法及其应用

说明书

本发明公开了一种轮胎仿真设计方法，具体为全钢子午线（TBR）轮胎带束层的仿真设计方法，不仅考虑工艺参数膨胀率对轮胎性能的影响，在仿真的过程中应用带束层上升方程，也考虑了不同预应变零度带束层本构曲线模型对轮胎性能的影响。

技术领域

本发明属于轮胎设计方法领域，具体涉及一种全钢子午线（TBR）轮胎带束层的仿真设计方法。

背景技术

由于全钢子午线轮胎的负荷大，轮胎肩部、胎圈位置损坏现象频发，而我国运输车辆的轮胎通常在超负荷、气压高和偏载等非正常情况下使用，轮胎的轮廓变形增大，易发生胎肩、胎圈周围部位（简称胎圈部位）早期破坏的迹象，因此解决轮胎耐久性损坏是企业亟待解决的核心技术问题。

子午线轮胎的结构特点中带束层是核心问题，由于带束层作为子午胎的主要受力部件，很大程度决定了轮胎的强度和轮廓等，它的设计和材料对轮胎的耐磨、稳定和舒适性起决定作用。轮胎结构设计的关键在于让各部位尤其是薄弱位置的应力应变减小，或者避免较大的应力集中问题的出现。由于帘线与橡胶的模量差别较大，因此帘线-橡胶的变形协调是结构设计应该考虑的重要因素。

轮胎成型过程中，先把带束层等部件贴于带束鼓之上，此时带束层等均为平直几何构型。当轮胎硫化时，由于内部高压过热水或高压高温蒸汽的作用，使橡胶材料具有流动性。在压力作用下，胎面橡胶材料流入模具的花纹沟槽，此时带束层会发生膨胀，导致帘线间距发生变化。同时，由于胎面为弧形，在轮胎成型过程中，带束层会发生弯曲，进而导致角度变化。现有设计方法中没有充分考虑带束层膨胀效应和钢丝材料性能，导致仿真设计方法和实际情况有所差别。

发明内容

本发明考虑工艺参数膨胀率对轮胎性能的影响，在仿真设计的过程中引入了带束层上升方程这一重要参数，并建立了考虑0度带束层钢丝角度的轮胎有限元仿真计算方法，在实际应用中可以针对不同位置的变形情况，采用不同的结构设计准则来实现变形协调。并且发考虑了不同预应变零度带束层本构曲线模型对轮胎性能的影响。设计结果更切合实际。

由于胎面为弧形，在轮胎成型过程中，带束层会发生弯曲，进而导致角度变化，如所示轮胎成型时，先把带束层等部件贴于带束鼓之上，此时带束层等均为平直几何构型。当轮胎硫化时，由于内部高压过热水或高压高温蒸汽的作用，使橡胶材料具有流动性。在压力作用下，胎面橡胶材料流入模具的花纹沟槽，此时带束层会发生膨胀，导致帘线间距发生变化。同时，由于胎面为弧形，在轮胎成型过程中，带束层会发生弯曲，进而导致角度变化，如图1所示。

假设带束层部件从成型鼓到成品轮胎的过程中，骨材料有一定伸长，伸长率为ɛ，那么通过几何关系可知：

（公式1）

上式即为成型前后带束层角度变化关系。其中A1B1代表成品轮胎带束层帘线间距，L代表成品胎轮胎带束层帘线长度，d代表对帘线长度求微分；L₀代表带束层帘线铺设长度； r代表轮胎设计半径；r₀代表成型鼓半径；α代表成品轮胎带束层帘线与胎体的夹角；α₀代表带束层帘线与胎体的夹角；φ代表成型鼓上胎体之间的夹角。

对于间距的变化关系，可以通过几何分析获得，如图2所示。

通过几何分析可知：

（公式2）

N为胎体钢丝的数量， s₀和 s分别为成型前后两根带束层帘线材料之间的间距，u代表成型鼓上铺设胎体间距。通过膨胀率、成型鼓直径和部件厚度即可实现考虑带束层膨胀效应的仿真模拟。