一种轮胎胎圈部位橡胶材料拉压状态的判断方法、应用和程序产品技术

本发明专利技术涉及轮胎仿真设计技术领域，尤其涉及一种轮胎胎圈部位橡胶材料拉压状态的判断方法、应用和计算机程序产品。本发明专利技术通过上述二维计算即可获得轮胎胎圈处橡胶材料的拉压状态及幅度，而不用进行三维仿真分析。本发明专利技术方法主要是利用增强材料的只受轴向力的性质，在非增强部件中设置增强单元，增强单元的力学性质很弱，不会对计算结果产生较大影响，然后通过非增强部件中所设置的增强单元的轴向受力状态来判断橡胶材料的拉压状态和幅度。该方法实现快速判断轮胎胎圈部位的拉压状态，为确定合理的胎体反包端点位置提供指导。定合理的胎体反包端点位置提供指导。定合理的胎体反包端点位置提供指导。

【技术实现步骤摘要】
一种轮胎胎圈部位橡胶材料拉压状态的判断方法、应用和程序产品


[0001]本专利技术涉及轮胎仿真设计
，尤其涉及一种轮胎胎圈部位橡胶材料拉压状态的判断方法、应用和计算机程序产品。

技术介绍

[0002]轮胎作为汽车与路面接触的唯一部件，其主要功能之一为承载，在载荷作用下轮胎滚动交替变形，其橡胶材料会发生机械或热机械疲劳破坏。尤其对于全钢丝子午线轮胎，其胎体增强材料为钢丝，虽然钢丝表面镀铜，能与橡胶产生较强作用的连接(铜与橡胶材料的粘结强度较高)，但钢丝的裁断端头处为钢材料(钢与橡胶材料的粘结强度较低)并且比较尖锐，当设计不合理时胎体反包钢丝会承受压缩力，导致尖锐的端头刺向其端部的橡胶材料，轮胎滚动时产生交替的扎刺作用，端部橡胶很快便出现较大裂纹，伴随着剪切力的作用，裂纹很快扩展至轮胎表面，这就是机械疲劳破坏。轮胎如果发生纯机械疲劳破坏则其寿命非常短，如果发生热机械疲劳破坏则寿命会相对较长，因此设计轮胎时尽量避免轮胎会发生纯机械疲劳破坏。轮胎机械疲劳破坏主要是由于胎体反包钢丝材料受压缩而引起，胎体反包受压缩力的大小与其所处位置直接相关，因此，需要确定合理的胎体反包位置。
[0003]目前主要有两种做法来确定胎体反包端点的合理位置：(1)经验方法。根据经验多次设计轮胎并制作，根据耐久试验反馈结果进行多次改进；(2)利用仿真方法对多个方案进行分析，然后对比方案结果，确定合理的胎体反包位置。经验方法存在周期长、成本高等确定，多次仿真方法需要反复划分网格、分析，同样周期较长。若果能够获得胎圈部位的橡胶材料拉压状态，则可将胎体反包端点设计在非压缩区域或压缩较小的区域。由于轮胎橡胶材料受力复杂，均处于三维受力状态，很难通过简单的应力应变状态对其拉压状态进行判断。

技术实现思路

[0004]为了解决上述的技术问题，本申请专利提出一种快速判断轮胎胎圈部位橡胶材料拉压状态的方法，该方法实现快速判断轮胎胎圈部位的拉压状态，为确定合理的胎体反包端点位置提供指导。
[0005]为了实现上述的目的，本专利技术采用了以下的技术方案：
[0006]一种轮胎胎圈部位橡胶材料拉压状态的判断方法，该方法包括以下的步骤：
[0007]步骤1，对轮胎材料分布图进行网格划分
[0008]将轮胎含有增强材料的橡胶部件划分为二维四边形单元，其他橡胶材料部件划分为四边形或三角形单元；在胎圈部位的橡胶材料部件，划分为宽度小于0.5mm的四边形单元；在胎圈部位的所有四边形单元中间绘制一维单元，用来代表增强材料；
[0009]步骤2，对轮胎材料赋予材料属性
[0010]对各个部件的橡胶材料按照实验测试结果赋予相应的材料属性，包括模量和泊松
比；对于增强材料按照实验室测试结果赋予材料属性，包括模量和泊松比；对于原本无增强材料的部件中的增强材料单元赋予材料属性：模量为0.1MPa，泊松比为0.49；其中橡胶材料单元设置为轴对称固体单元，增强材料单元设置为轴对称表面单元；
[0011]步骤3，建立轮辋和路面刚体
[0012]根据实际轮胎所适配的标准轮辋绘制解析刚体表面，绘制一维直线刚体代表路面，路面距离轮胎模型的最近点距离1mm；
[0013]步骤4，对轮胎断面进行二维充气分析
[0014]在二维轮胎模型的腔体内表面充以额定气压；
[0015]步骤5，轮胎负载分析
[0016]将路面刚体向轮胎方向移动一定距离，此距离根据标准中所规定的额定负荷下的轮胎负载半径与实际轮胎充气半径的差值确定；
[0017]步骤6，分析胎圈处橡胶材料的拉压状态
[0018]提取胎圈处橡胶材料单元中所设置的增强材料的沿材料方向的应力，如果应力为负值则橡胶材料处于压缩状态，如果为正值则处于拉伸状态，如果值为零则处于不受力状态。
[0019]作为优选，所述步骤2中增强材料包括胎体钢丝材料、带束层和冠带层等增强材料。
[0020]作为优选，所述步骤5中标准为中国轮胎轮辋气门嘴标准年鉴、ETRTO、TRA或JRA。
[0021]作为优选，所述含有增强材料的橡胶部件为第一带束层、第二带束层、胎体，第一冠带层和第二冠带层；其他橡胶材料部件为胎面、基部胶、钢丝圈、内衬层、胎侧胶、胎圈护胶和三角胶。
[0022]作为优选，所述对轮胎材料赋予材料属性如下：
[0023][0024][0025]进一步，本专利技术还提供了所述的方法用于轮胎仿真设计中的应用；优选为子午线轮胎仿真设计中的应用。
[0026]作为优选，所述的轮胎仿真设计为胎体反包端点位置的设计。
[0027]进一步，本专利技术还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序所述处理器执行所述计算机程序以实现所述方法。
[0028]进一步，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序或指令，该计算机程序或指令被处理器执行时实现所述方法。
[0029]进一步，本专利技术还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序或指令，该计算机程序或指令被处理器执行时实现所述方法。
[0030]本专利技术由于采用了上述的技术方案，通过上述二维计算即可获得轮胎胎圈处橡胶材料的拉压状态及幅度，而不用进行三维仿真分析。本专利所述方法主要是利用增强材料的只受轴向力的性质，在非增强部件中设置增强单元，增强单元的力学性质很弱，不会对计算结果产生较大影响，然后通过非增强部件中所设置的增强单元的轴向受力状态来判断橡胶材料的拉压状态和幅度。该方法实现快速判断轮胎胎圈部位的拉压状态，为确定合理的胎体反包端点位置提供指导。
附图说明
[0031]图1为19570R15轮胎材料分布图。
[0032]图2为19570R15轮胎断面网格及材料部件。
[0033]图3为19570R15轮胎充气变形结果。
[0034]图4为19570R15轮胎三维周向网格划分结果。
[0035]图5为21550R15轮胎三维负载结果及方向标识。
[0036]图6为输出第二步中的轮胎部件单元的部分应力值。
[0037]图7为输出第二步中的轮胎部件单元的部分应变值。
[0038]图8为轮胎负载变形后的轮胎。
[0039]图9为胎圈处橡胶材料的拉压状态图。
具体实施方式
[0040]下面将结合附图对本专利技术做进一步的详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本专利技术的保护范围不限于下述实施例。
[0041]以19570R15轮胎为例：
[0042]第一步，对轮胎材料分布图(如图1)进行网格划分。将轮胎含有增强材料的橡胶部件划分为二维四边形单元(本实施例中为带束层1、带束层2、胎体，冠带层1，冠带层2)，其他橡胶材料部件划分为四边形或三角形单元(本实施例中为胎面、基部胶、钢丝圈、内衬层、胎侧胶、胎圈护胶、三角胶)，如图2。在胎圈部位(指胎侧中心到钢丝圈上端部位)的橡胶材料部件，划分为宽度尺寸(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轮胎胎圈部位橡胶材料拉压状态的判断方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：步骤1，对轮胎材料分布图进行网格划分将轮胎含有增强材料的橡胶部件划分为二维四边形单元，其他橡胶材料部件划分为四边形或三角形单元；在胎圈部位的橡胶材料部件，划分为宽度小于0.5mm的四边形单元；在胎圈部位的所有四边形单元中间绘制一维单元，用来代表增强材料；步骤2，对轮胎材料赋予材料属性对各个部件的橡胶材料按照实验测试结果赋予相应的材料属性，包括模量和泊松比；对于增强材料按照实验室测试结果赋予材料属性，包括模量和泊松比；对于原本无增强材料的部件中的增强材料单元赋予材料属性：模量为0.1MPa，泊松比为0.49；其中橡胶材料单元设置为轴对称固体单元，增强材料单元设置为轴对称表面单元；步骤3，建立轮辋和路面刚体根据实际轮胎所适配的标准轮辋绘制解析刚体表面，绘制一维直线刚体代表路面，路面距离轮胎模型的最近点距离1mm；步骤4，对轮胎断面进行二维充气分析在二维轮胎模型的腔体内表面充以额定气压；步骤5，轮胎负载分析将路面刚体向轮胎方向移动一定距离，此距离根据标准中所规定的额定负荷下的轮胎负载半径与实际轮胎充气半径的差值确定；步骤6，分析胎圈处橡胶材料的拉压状态提取胎圈处橡胶材料单元中所设置的增强材料的沿材料方向的应力，如果应力为负值则橡胶材料处于压缩状态，如果为正值则处于拉伸状态，如果值为零则处于不受力状态。2.根据权利要求1所述的一种轮胎胎圈部位橡胶材料拉压状态的判断方法，其特征在于，步骤2中增强材料包括胎体钢丝材料、带束层和冠带层等增强材料。3.根据权利要求1所述的一种轮胎胎圈部位橡胶材料拉压状态的判断方法，其特征在于，步骤5中标准为中国轮胎轮辋气门嘴标准年鉴、ETRTO、TRA...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔志博，王剑波，胡德斌，杨和涛，郭磊磊，王丹灵，张建军，黄大业，
申请(专利权)人：杭州海潮橡胶有限公司，
类型：发明
国别省市：