李炜等用有限元分析研究胎体帘布角度对载重子午线轮胎胎圈区域应变能密度的影响9 9用有限元分析研究胎体帘布角度对载重子午线 轮胎胎圈区域应变能密度的影响李炜，梁例 佳通轮胎( 中国) 研发中心，安徽音肥2 3 1 2 0 2 精蓦：利用有限元分析方法研究胎体帘线角度对载重子午线轮胎胎圈耐久性的影响结果表明，不同胎体帘线角度的胎圈应变能密度差别较大合理设计胎件帘线角度及其与胎圈钢丝包布角度和方位的关系，可以有效降低胎圈区域的变形从而提高胎圈部位耐久性关t 词：有限元分析，载重于午线轮胎 胎体帘布角度；耐久性一般而言，子午线轮胎胎体帘布中帘线是沿着经线方向铺设，即垂直于圆周方向。如果胎体帘线略为偏离经线方向，则可能改变轮胎的某些性能，例如横滨橡胶公司曾经研究过利用胎体帘布角度的改变来改善予午线轮胎的角度效应，获得了理想的效果“ 。本工作利用有限元分析方法研究胎体帘布角度对载重子午线轮胎胎圈区域应变能密度的影响。1 有限元分析方案殛模型以某有内胎载重子午线轮胎结构为例，其骨架结构包括3 + o 。带束层结构，一层钢丝胎体帘布胎圈有一层钢丝包布。考察了3 种设计方案，骨架结构铺设方位如表1 所示，其它骨架结构参数及橡胶材料分布均相同。针对3 种设计方案，有限元计算均模拟了相同的工况( 装配、充气、重力负荷和驱动等) ，计算模型的有限元网格也完全相同，如图1 所示。本工作利用A B A Q U S 软件进行求解，带束层、胎体、胎圈钢丝包布和钢丝圈均采用r e b a r 单元模拟，三维模型采用线性六面体单元模拟橡胶材料，裹13 种设计方案的桨结构铺设方位圈l 有限元隔格划分轮胎与轮辋、轮胎与路面之间的接触摩擦采用库仑摩擦模型。为便于计算结果的分析，选择了图2 所示的4 个代表性截面，并在每个截面上定义沿反包胎体帘布轨迹的路径A 和沿胎圈钢丝包布轨迹的路径B ，如图3 所示。下面仅分析每个截面内沿路径A 和B 的计算结果。围2 数据处理中截面位置定义1 0 0第1 4 届中国轮胎技术研讨会论文集圈3 路径A 和B 的定义H 为单元中心点到轮辋着舍线的垂直距离。2 计算结果分析分别考察重力负荷和驱动状态下3 种结构方案的有限元计算结果。针对耐久性分析，通常需要考察应力、应变和应变能密度等变量。对于胎圈区域，剪切应变各分量都值得详细分析但本文考虑篇幅所限，仅将应变能密度作为衡量胎圈耐久性的主要变量进行分析。2 1 重力负荷状态重力负荷状态的计算条件为t 充气压力0 8 4M P a ，负荷3 2k N 。图4 示出了负荷状态下4 个代表性截面内沿路径A 的应变能密度分布情况。特别要关注H在4 0 8 0m m 范围内单元应变能密度的大小。由图4 可以看出，在截面1 6 2 和1 7 9 ( H 为4 0 8 0m m ) 内的应变能密度很大；而3 种方案中，方案M z 的应变能密度最大，方案M 。最小。图5 所示为4 个截面内沿路径B 的应变能密度分布情况。总体来说，每种方案的应变能密度都很大。相对而言，方案M 。的应变能密度最小。因此，负荷状态下方案M a 的效果最好，M ：最差。2 2 驱动状态在负荷状态基础上进行了驱动状态的求解，充气压力和重力负荷与负荷状态相同，驱动力约为2 0k N 。图6 和7 所示分别为驱动状态下4 个截面内沿路径A 和B 的应变能密度分布情况。由图6和7 可以看出，与负荷状态情况类似，仍然是方案M s 最好，方案M z 最差。与负荷状态有所区别的是，不同设计方案的差异在驱动状态更加显著。宕po越 糖 翟 制 倒日 pe世 敏 琏 争c 倒目，o趟 龆 艘 制 倒目 9o剖 韶 盖 制 倒( a ) 裁面o( b ) 截面1 6 2( c ) 截面1 7 9( d ) 截面1 9 8田4 负荷状态下4 个截面内滑路径A 的应变能密度分布。一M I I 一M 2 一M I 李炜等用有限元分析研究胎体帘布角度对载重子午线轮胎胎周区域应变能密度的影响1 0 1目 po能 椒 箍 鲁【 氇目 Po剖 搬 蕊 制 倒目 po恻 船 罐 制 倒目 Po埘 韶翟 制 倒( a ) 截面0( b ) 截面1 6 2( c ) 截面1 7 9( d ) 截面1 9 8图5 盘荷状态下4 个截面内沿路径I B 的应变能密度分布挂同图4 目 po越 韶 避 鲁c 倒E o蜊相 龊 制倒目 po魁 船 避 黼 倒g po恻 船 龊 制 理( a ) 截面0( b ) 截面1 6 2( c ) 截面1 7 9( d ) 截面1 9 8圈6 驱动状态下4 个蕺面内沿路径A 的应变能密度分布注同图4 1 0 2第1 4 届中国轮胎技术研讨会论文集目 o魁 韶 蛊 鼎 氇日 9o拦 搬 蕊 阜( 馏( a ) 截面0目 Po制 档 盘_ | 争( 捌目 Po 憾 韶 避 斟 倒( b ) 截面1 6 2( o 截面1 7 9( d ) 截面1 9 8图7 驱动状态下4 个截面内沿路径B 的应变能密度分布注同图4 3 结语本工作利用有限元方法研究了胎体帘线角度对胎圈区域应变能密度的影响。结果表明，合理设计胎体帘线角度及其与胎圈钢丝包布角度和方位的关系，可以有效降低胎圈区域的变形，从而改善胎圈部位耐久性。研究结果还表明，如果胎体帘布与钢丝包布的方位和角度的匹配关系设计不合理，胎圈区域的变形会加剧。参考文献： 1 K a b eK ，M o r i k a w aT A f i r ec o n s t r u c t i o nw h i c hr e d u c e sp l yg t e e r E J T i r eS c = i c n c ea n dT e c h n o l o g y ，1 9 9 1 ，1 9 ( 1 ) I3 7 6 5