橡胶/钢丝粘合强度动态测量理论及方法研究

摘要

橡胶/钢丝的粘合强度是子午线轮胎安全性能的重要指标,目前对于橡胶/钢丝粘合强度的评价主要为静态测量。而针对子午线轮胎的破坏分析表明,橡胶钢丝间的剥离,即粘合面的破坏,是轮胎周期变形和加载引起的疲劳破坏,其主要影响因素包括周期变形、生热引起的老化、载荷大小及分布,等等。因此如何对橡胶/钢丝的粘合强度进行动态测量,从而实现对轮胎的寿命预测是目前相关研究的主要目标。本文针对上述问题,通过相关子午线轮胎的理论研究,提出一种新型的、具有较强适应性的橡胶/钢丝粘合强度动态测量装置。该装置能够实现变幅、变频及多试样加载。所做的主要工作如下:
　　1、以轮胎帘线张力模型为研究对象,将195/65R15子午线轮胎简化为圆环弹簧梁的物理模型,对带束层部位进行受力和变形分析。在此基础上结合复合材料单层板和层合板理论,利用直线段的变形关系建立层合板内部的应力.应变关系,用薄膜理论建立带束层帘线张力的数学模型,分析影响橡胶/钢丝粘合性能的主要因素。
　　2、以轮胎简化模型为基础,应用Pro/E绘制轮胎结构图。结合影响橡胶/钢丝粘合强度的主要因素,应用ABAQUS有限元软件分析195/65R15子午线轮胎在充气工况和静载荷工况下带束层部位的应力分布情况、帘线轴向力分布规律、帘线周向变形量及轴向变形量的大小。该数据是虚拟样机机构设计的理论基础。
　　3、根据ABAQUS分析所得数据,结合设计要求及研究目的,确定虚拟样机的运动及组成方案,利用Pro/E软件完成虚拟样机的结构设计。该样机能够实现同时对多个试件进行变幅、变频加载。
　　4、运用相关软件对虚拟样机进行静态分析和运动学分析。静态分析主要是针对虚拟样机中主要受力部件——凸轮、推杆、机架进行分析,分析其是否满足强度要求,并根据分析结果对机架进行结构优化:运动学分析主要是在有、无摩擦力的情况下针对推杆质心进行位移、速度、加速度分析及接触点处的受力和扭矩分析,能够及时发现设计过程中的缺陷,从而对系统进行优化,也对机构动力学特性的进一步研究奠定基础。
　　综上所述,虚拟样机的研究与开发具有可行性,其测量方法更具有真实性,测量数据比静态方法更加科学、可靠。该样机的研制成功将开创动态测量技术从理论到实践的先河,并在此基础上有望进一步建立更为成熟的轮胎动态测量及寿命预测的测试方法与技术,为轮胎行业的健康发展提供更加科学有效的评价手段。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:符号说明

前言

1 绪论

1.1 子午线轮胎

1.1.1 子午线轮胎概述

1.1.2 轮胎分析技术研究现状

1.2 轮胎力学理论

1.2.1 轮胎结构设计理论

1.2.2 橡胶/帘线复合材料力学理论

1.2.3 橡胶/帘线粘合强度动态测量

1.3 虚拟样机

1.3.1 虚拟样机概述

1.3.2 虚拟样机技术在现代工程中的应用

1.4 本课题的研究内容、目的及意义

1.4.1 研究内容

1.4.2 研究目的

1.4.3 研究意义

2 轮胎模型化及复合结构理论分析

2.1 轮胎简化物理模型

2.2 轮胎材料力学特性描述

2.2.1 橡胶材料的力学性能

2.2.2 帘线的力学性能

2.2.3 橡胶/帘线复合材料的力学性能

2.3 橡胶/钢丝复合结构分析

2.3.1 单层复合结构理论分析

2.3.2 多层复合结构理论分析

2.4 本章小结

3 轮胎有限元模型的建立

3.1 ABAQUS有限元软件介绍

3.2 轮胎材料的选取

3.2.1 橡胶材料本构模型

3.2.2 橡胶/帘线复合材料模型

3.2.3 带束层结构设计

3.2.4 轮胎材料的特性参数

3.3 轮胎结构设计

3.4 本章小结

4 轮胎应力及变形有限元分析

4.1 引言

4.2 轮胎充气工况分析

4.3 轮胎静载荷工况分析

4.3.1 轮胎整体受力分析

4.3.2 轮胎带束层应力分析

4.3.3 带束层帘线轴向力分析

4.3.4 带束层帘线变形分析

4.4 本章小结

5 橡胶/钢丝粘合强度动态测量虚拟样机设计

5.1 虚拟样机概述

5.2 虚拟样机结构分析

5.2.1 虚拟样机理论

5.2.2 虚拟样机机构要求

5.2.3 虚拟样机工作流程

5.3 虚拟样机结构设计

5.4 本章小结

6 橡胶/钢丝粘合强度虚拟样机模拟分析

6.1 有限元软件ANSYS介绍

6.2 主要部件受力分析

6.2.1 推杆受力分析

6.2.2 凸轮受力分析

6.3 静力学分析

6.3.1 推杆静力学分析

6.3.2 凸轮静力学分析

6.3.3 机架有限元分析及结构优化

6.4 动力学分析

6.4.1 虚拟样机模型检验

6.4.2 虚拟样机整体受力与扭矩运动规律

6.4.3 推杆位移、速度、加速度运动规律

6.5 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文