预测半钢子午线轮胎硫化后实际轮廓的方法技术

本发明专利技术涉及一种预测半钢子午线轮胎硫化后实际轮廓的方法，属于轮胎设计领域。应用有限元软件对轮胎设计图进行有限元网格划分、建立外轮廓节点集、模型所有节点集以及各部件单元集，并对上述各部件的单元集匹配相应的材料参数后进行热分析计算；所述的热分析计算所需的初始温度和环境温度根据所设计轮胎的实际硫化温度及环境温度进行设定，通过热分析计算来表征半钢子午线轮胎在经历硫化过程时各部件的热膨胀/收缩现象导致的轮胎尺寸上的差异；通过对热分析计算的结果进行后处理得到轮胎的外轮廓数据，进而用于评价模具的外轮廓尺寸设计是否满足要求。本发明专利技术可以在模具设计阶段快速分析预测所设计的半钢子午线成品轮胎的外轮廓尺寸是否满足要求。的外轮廓尺寸是否满足要求。的外轮廓尺寸是否满足要求。

【技术实现步骤摘要】
预测半钢子午线轮胎硫化后实际轮廓的方法


[0001]本专利技术涉及轮胎设计领域，详细地讲是一种通过有限元计算的方式预测设计阶段的半钢子午线轮胎在经历硫化过程后的实际轮胎外轮廓的方法。

技术介绍

[0002]众所周知，半钢子午线轮胎在加工过程中，在经历混炼、挤出、压延、成型、硫化等多道工序后轮胎的尺寸相比模具设计尺寸会有较大改变，同时不同设计方案的轮胎在经历上述工序后尺寸改变程度不同，因此其轮胎成品的外轮廓尺寸难以通过经验值来预测。半钢子午线轮胎作为一种广泛在乘用车上配套使用的橡胶产品，轮胎的外直径和断面宽是选择轮胎的基本条件之一，目前轮胎行业广泛应用的基于有限元计算预测轮胎成品性能的技术，其性能预测的有效性很大程度上取决于轮胎模型表征的精度。基于模具外轮廓所做的轮胎有限元模型，其模型精度难以保证，得到的分析结果可能会误导工程师的判断。

技术实现思路

[0003]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种预测半钢子午线轮胎硫化后实际轮廓的方法，解决如何得到符合半钢子午线轮胎真实尺寸的模型，考虑半钢子午线轮胎硫化后尺寸差异大的实际情况，采用合理的方法消除其所带来的影响。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种预测半钢子午线轮胎硫化后实际轮廓的方法，其特征是，应用有限元软件对轮胎设计图进行有限元网格划分、建立外轮廓节点集、模型所有节点集以及各部件单元集，并对上述各部件的单元集匹配相应的材料参数后进行热分析计算；所述的热分析计算所需的初始温度和环境温度根据所设计轮胎的实际硫化温度及环境温度进行设定，通过热分析计算来表征半钢子午线轮胎在经历硫化过程时各部件的热膨胀/收缩现象导致的轮胎尺寸上的差异；通过对热分析计算的结果进行后处理得到轮胎的外轮廓数据，进而用于评价模具的外轮廓尺寸设计是否满足要求。
[0005]所述的轮胎设计图包括橡胶部件和骨架材料部件，所述的橡胶部件的模量用Yeoh超弹性模型表征，所述的骨架材料以线弹性模型表征、热物性参数用测试的热膨胀系数和热传导系数表征。
[0006]本专利技术的有益效果是，可以在模具设计阶段快速分析预测所设计的半钢子午线成品轮胎的外轮廓尺寸是否满足要求，可以对模具的外轮廓进行快速优化迭代。可以代替试验测试评价不同设计方案在不同硫化条件后的轮胎外轮廓，可以大幅减少产品试制的周期和成本，得到的外轮廓作为轮胎成品性能仿真的起点相较于常规的(以设计材料分布图为起点)计算方式更符合实际情况。
附图说明
[0007]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0008]图1为本专利技术半钢子午线轮胎设计材料分布图示意图。
[0009]图2为本专利技术半钢子午线轮胎有限元网格模型示意图。
[0010]图3为本专利技术半钢子午线轮胎仿真、测试外轮廓与设计外轮廓对比示意图。
[0011]图中1
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1.胎面、1
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2.胎侧、1
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3.胶芯、1
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4.胎圈、2
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1.胎面区域、3
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1.外轮廓、3
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2.外轮廓、3
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3.外轮廓。
具体实施方式
[0012]根据附图对本专利技术流程进行详细描述。
[0013]图1示意性地显示用于外轮廓有限元计算的半钢子午线轮胎的设计材料分布图，包括胎面1
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1、胎侧1
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2、胶芯1
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3和胎圈1
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4等10种胶布件和6种骨架材料，各部件之间的分界线清晰、尺寸描述准确。
[0014]将图1中的材料分布图进行几何清理之后导入网格划分软件进行有限元网格划分，包括橡胶部件和骨架材料部件。
[0015]图2为上述材料分布图的有限元网格示意图，网格的平均尺寸为2.5mm，最大单元尺寸3.2mm，最小单元尺寸1.5mm，胎面区域2
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1共有4层网格。橡胶部件1260个单元，帘线428个单元。
[0016]对图2所示有限元网格设置外轮廓节点集、模型所有节点集以及各部件的单元集，本例中共计有10个橡胶部件单元集和6个骨架部件单元集。
[0017]对上述橡胶部件和骨架分别赋予材料参数，其中橡胶部件的模量用Yeoh超弹性模型表征，骨架材料以线弹性模型表征、热物性参数用测试的热膨胀系数和热传导系数表征。
[0018]对装配后的轮胎模型进行热分析，根据实际硫化温度设置热分析的初始温度，本例中初始温度为178℃；根据环境温度设置冷却后的温度30℃。
[0019]热分析完成后得到该设计方案轮胎在经历热膨胀/收缩后的仿真结果，对热分析结果后处理，即提取外轮廓节点集的坐标并生成外轮廓结果。
[0020]图3中外轮廓3
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2为热分析后处理得到的轮胎外轮廓结果，可以发现相比设计外轮廓3
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1，在经历温度历程后外轮廓发生了明显的改变。轮廓尺寸整体呈缩小趋势，尤其在胎肩、胎侧的曲率均有明显的变化，而上述尺寸和几何形状的改变会影响轮胎的成品性能。
[0021]基于上述得到的外轮廓尺寸帮助设计工程师判断模具设计是否满足预期，若不满足可进行调整再进行仿真分析，直到获得满足成品胎尺寸要求的模具外轮廓，进而快速完成模具外轮廓设计及优化的迭代。
[0022]基于本专利技术得到的外轮廓可以作为半钢子午线轮胎成品性能仿真分析的起点，进行接地印痕、静载刚度、固有频率等性能分析。
[0023]为验证本专利技术的有效性，对基于上述材料分布图生产制造的成品胎进行了外轮廓扫描测试并与仿真得到的外轮廓进行了对比，该测试可通过手持扫描设备或轮胎外轮廓扫描设备扫描得到。
[0024]图3中外轮廓3
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3为该规格轮胎的实际外轮廓扫描结果，从胎冠向外到胎肩、再向下一直到胎趾的完整外轮廓曲线。
[0025]对比仿真分析得到的外轮廓3
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2与实胎扫描得到的外轮廓3
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3，可以发现该方法得到的外轮廓结果与实际测试得到的外轮廓曲线有很好的重合度，验证了本专利技术的有效性。
[0026]本专利技术以半钢子午线轮胎设计图为出发点，考虑经历硫化等工序时轮胎各部件的
热膨胀/收缩效应后的轮胎外轮廓可以很大程度上消除上述负面影响，确保得到的轮胎实际外轮廓数据的准确性进而帮助工程师做出正确的判断。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预测半钢子午线轮胎硫化后实际轮廓的方法，其特征是，应用有限元软件对轮胎设计图进行有限元网格划分、建立外轮廓节点集、模型所有节点集以及各部件单元集，并对上述各部件的单元集匹配相应的材料参数后进行热分析计算；所述的热分析计算所需的初始温度和环境温度根据所设计轮胎的实际硫化温度及环境温度进行设定，通过热分析计算来表征半钢子午线轮胎在经历硫化过程时各部件的热膨胀/收缩现象导致的轮胎尺寸上的差异；通过对热分析计算的结果进行后处理得到轮胎的外轮廓数...

【专利技术属性】
技术研发人员：付新华，李宁，姜晓凤，侯京斌，周忠伟，
申请(专利权)人：三角轮胎股份有限公司，
类型：发明
国别省市：