[发明专利]一种轮胎冠带层预张力测试方法、设备和计算机程序产品

说明书

本发明涉及轮胎计算机智能设计技术领域，尤其涉及一种轮胎冠带层预张力测试方法、设备和计算机程序产品。本发明计算过程即可获得考虑冠带层预张力的轮胎静态性能仿真。实现考虑冠带层预张力的轮胎性能分析，提高仿真分析准确性，为轮胎设计工程师和工艺工程师提供指导。

技术领域

本发明涉及轮胎计算机智能设计技术领域，尤其涉及一种轮胎冠带层预张力测试方法、设备和计算机程序产品。

背景技术

轮胎是车辆与地面接触的唯一部件，轮胎性能直接关系到车辆的安全、操控和舒适性，其重要性不言而喻。轮胎结构复杂，由十余种不同橡胶材料和骨架材料组成，其中骨架材料是轮胎的主要承力部件，承担着轮胎内部80％以上的能量，骨架材料的受力影响轮胎的刚度、接地状态及滚动阻力等性能指标，是轮胎设计工程师重点关注的设计因素。成品轮胎中骨架材料的受力很难实验测得，一般通过有限单元仿真方法分析轮胎中骨架材料的受力。

对于轿车子午线轮胎而言，其骨架材料一般包括钢丝带束层、聚酯帘线胎体和尼龙冠带层。其中尼龙帘线材料与钢丝帘线相比具有很大的尺寸不稳定性，即在硫化过程中有受热收缩趋势，但由于模具、硫化胶囊或后充气压力的限制，导致其无法收缩，继而产生收缩预张力，同时，对于轮胎冠带层而言，在成型过程中需要施加预张力，成型预张力与硫化热收缩预张力最终会存在于成品轮胎中，对轮胎性能产生很大影响。

轮胎冠带层中骨架材料的预张力无法直接实验测得，主要是因为实验测量需要破坏轮胎结构，一旦结构被破坏则预张力值会发生变化或消失，加之冠带层预张力一直被忽略，目前的轮胎性能仿真分析中均没有考虑冠带层预张力对轮胎性能的影响，由此导致分析结果不准确，无法很好的指导材料设计和工艺条件的制定。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，即轮胎冠带层中骨架材料的预张力无法直接实验测得，主要是因为实验测量需要破坏轮胎结构，一旦结构被破坏则预张力值会发生变化或消失，加之冠带层预张力一直被忽略，目前的轮胎性能仿真分析中均没有考虑冠带层预张力对轮胎性能的影响，由此导致分析结果不准确，无法很好的指导材料设计和工艺条件的制定。

进而提供一种轮胎冠带层预张力测试方法及其在性能仿真上的应用，实现考虑冠带层预张力的轮胎性能分析，提高仿真分析准确性，为轮胎设计工程师和工艺工程师提供指导。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种轮胎冠带层预张力测试方法，该方法包括以下的步骤：

第一步，进行材料预张力测试：截取有效长度L为20cm的单根帘线试样，两端夹于夹具之上，夹具向两侧移动，对其施加与成型时预张力相同的拉力值P0，而后继续移动一段位移S，S的计算公式如下：

其中r₀为帘线在成型鼓上的位置半径，r₁为帘线在成品轮胎中的位置半径；然后利用环境箱对帘线进行热处理，热处理过程与轮胎硫化过程相同，传感器记录热处理之后帘线的预张力，记为P1；

第二步，利用Abaqus软件建立轮胎有限元模型，在冠带层帘线材料属性部分设置热收缩系数a，对冠带层帘线设置初始温度为23℃，定义一个分析步对冠带层帘线施加温度小于23℃的温度Tg，进行计算，输出计算后冠带层的张力P2，如果P1＝P2则进行下一步，如果P1≠P2，则调整Tg，直至P1＝P2；

第三步，进行二维轴对称充气分析，在轮胎内部边界层施加额定的充气压力，进行充气分析；

第四步，在充气分析的基础上，使二维轴对称模型旋转一周，生成轮胎三维模型，在三维模型中继续指定冠带层帘线的温度为第二步中确定的Tg，在距离轮胎表面1mm的位置放置刚性平直路面，固定轮胎轮辋，对刚性路面施加额定载荷W，进行轮胎负载分析，输出接地压力。