基于子模型方法的子午线轮胎胎圈部三维精细有限元分析.pdf

摘要由于全钢载重子午线轮胎在使用中频频出现的胎圈部失效破坏现象,对全钢载重子午线轮胎的胎圈部危险区域的有限元研究逐渐得到了重视。针对轮胎危险区域的性能优化主要集中于两个方面,其一是从轮胎结构入手,通过调整轮胎的结构参数来提高轮胎性能;其二是从轮胎橡胶材料的物理性能入手,通过调整橡胶材料参数以期提高轮胎性能。由于轮胎生产工艺过程的复杂性,前一种方法往往要付出较大的时间成本和经济代价;后一种方法随着轮胎材料工艺的发展受到了越来越多的轮胎生产企业的重视。仅通过轮胎试验得到合理的材料性能组合显然也是非常费时费力的,必须辅之以数值模拟,而这方面的工作还比较少。另外,由于全钢载重子午线轮胎在实际使用中往往在轮胎内部材料分界面上产生裂纹,而目前的轮胎有限元分析主要侧重于结构完整的无损伤轮胎,对含初始裂纹的轮胎进行有限元分析的工作尚显不足。本文针对上述问题进行了一些初步的研究。以软件为基础,利用子模型分析技术,形成了从装配、充气、静负荷等工况下轮胎的三维有限元求解策略,并进行了必要的考评。在此基础上,对轮胎胎圈部危险区域进行了三维精细网格有限元分析。在不改变轮胎结构的前提下,从调整轮胎胎圈部危险区域的橡胶材料力学性能入手,分析了“软”“硬”不同的橡胶材料对危险区域在充气和静负荷状态下力学性能的影响,在此基础上提出了基于橡胶材料物理性能改变的胎圈部力学性针对包含初始裂纹的轮胎模型进行了三维精细有限元分析,得到了不同长度裂纹的裂尖应力应变场;发现前面提出的针对无缺陷轮胎的橡胶材料优化方案对含初始裂纹的轮胎也具有一定的改善效果。能优化方案。摘要
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作者签名:雌作者签名:朋炉≤月中国科学技术大学学位论文相关声明本人声明所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特另员曜⒑椭滦坏牡胤酵猓畚闹胁话含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权,即:学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。
致谢感谢我的导师夏源明教授,他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样;从本科进入实验室学习开始,到现在硕士生活即将结束之际,夏老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。在本论文脱稿之际,我谨向夏老师表示深深的谢意。感谢李子然老师对我的工作提出的宝贵意见,在本论文成稿的过程中李老师更是倾注了大量的心血,在此过程中本人受益匪浅,在此向李子然老师表示衷心感谢汪洋老师,王宇老师在平时的学习、生活中给予的关心和鼓励。感谢李兵师兄和吴福麒师兄在我初涉科研时给予的大力帮助和指导。感谢咎祥师兄对本人论文工作和生活的关心。感谢陈翔同学在申请阶段给予的帮助。感谢本课题组所有成员共同营造了浓厚的学术氛围和舒适的环境,他们是曲洪磊、李旭、段中林、赵珍辉、何涛、曾光、黄梦溪、何丽灵、付顺强、王东、曹侃、李钊等师兄弟。这样的经历是本人终生难忘的,在此尤其要感谢已经毕业的黄文博士、程添乐师兄、陈晓宏师兄、张涛师兄和董毅师兄对本人的提携和帮是温暖的大家庭,在此感谢的同学从本科阶段直到目前所共同创造的温暖气氛,班级的聚餐、踢球、郊游等活动都是本人一生之中宝贵的回忆。尤其要感谢同在本课题组的蔡盛强同学、包秀图同学、马新忠同学和宫旭辉同学一直以来对本人的关心,本人十分珍惜这段共同学习:生活的日子。感谢同乡游娴在生活上对本人的关心。本文研究课题是由佳通轮胎公司中国研发中心所支持,在此感谢李炜博士对本文工作的关心和指导,也要感谢王永珍、华惠荣、吴师傅、吕师傅、小王、小衷心感谢我的父母和其他家人所给予的最无私的理解和支持,希望本文的完成能让他们感到欣慰。的感谢。助。于等人所提供的帮助。
第一章绪论轮胎胎圈破坏的研究现状引言髓着交通运输业的发展和公路建设速度的加快,全锕载重子午线轮胎的需求急速增长。在使用过程中,全钢载重子午线轮胎往往因为胎圈破坏而失效。究其原因,主要是全钢载重子午线轮胎胎圈部位结构复杂,是多种橡胶材料以及骨架材料的交界面汇集处,在生产过程中容易由于相互之间的脱粘而在交界面出现裂纹;同时胎圈部又是轮胎承载的主要部位之一,导致该部位尤其是子口包布和胎体帘线反包末端经常出现应力集中的现象,成为容易发生损坏的危险区域。研究发现,轮胎胎圈部的微小损坏都将对轮胎静态性能产生极大的影响‘”。由于胎圈破坏的主要形式就是橡胶开裂,因此,有必要对轮胎胎圈部在承载时的力学行为进行研究。目前,轮胎生产企业主要从调整轮胎结构入手,使胎圈部的刚性增加,材料均匀过渡