胎側(cè)補(bǔ)強(qiáng)膠片對半鋼子午線輪胎胎圈耐久性能的影響分析

張建浩，楊嬌嬌，張永鋒

[浦林成山（青島）工業(yè)研究設(shè)計(jì)有限公司，山東 青島 266042]

輪胎耐久性能對車輛行駛安全性有非常重要的影響，新開發(fā)的輪胎產(chǎn)品必須通過耐久性測試才能進(jìn)入市場。對于輕型載重輪胎，胎圈部位損壞是耐久性測試中最常見的問題，因此提高胎圈強(qiáng)度是提升輪胎耐久性能的關(guān)鍵[1]。在輕型載重輪胎產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，業(yè)內(nèi)通常采用在胎側(cè)與反包胎體簾布之間增加補(bǔ)強(qiáng)膠片的方法來提升胎圈耐久性能，以防止胎圈部位過早損壞，但該方法是否適用于所有規(guī)格輪胎還有待論證。

本工作研究胎側(cè)補(bǔ)強(qiáng)膠片對半鋼子午線輪胎胎圈耐久性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

以新開發(fā)的LT235/85R16半鋼子午線輪胎為研究對象，針對輪胎在耐久性測試中出現(xiàn)的胎圈部位損壞情況（見圖1），在胎側(cè)與反包胎體簾布之間增加補(bǔ)強(qiáng)膠片（見圖2），對比原方案（方案A）與增加補(bǔ)強(qiáng)膠片方案（方案B）的胎圈耐久性能。

圖1 胎圈損壞輪胎

圖2 胎側(cè)補(bǔ)強(qiáng)膠片位置示意

由于實(shí)際輪胎耐久性測試結(jié)果在測試樣本數(shù)量較少時(shí)具有一定的偶然性，而增大測試樣本數(shù)量會影響測試效率和增大成本，因此本工作采用數(shù)值分析與測試相結(jié)合的方法進(jìn)行胎圈耐久性能分析。

2 有限元仿真分析

2.1 有限元模型建立

根據(jù)輪廓及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)建立輪胎材料分布圖，采用Abaqus有限元分析軟件進(jìn)行輪胎胎圈耐久性能分析。根據(jù)輪胎材料及各部件的力學(xué)特性，選用Yeoh本構(gòu)模型對橡膠材料進(jìn)行描述，輪胎骨架結(jié)構(gòu)選用Rebar單元定義[2-3]。由于分析對象為胎圈部位，因此輪胎花紋只保留縱溝，簡化橫溝和細(xì)小鋼片[4]，輪胎有限元模型見圖3。

圖3 輪胎有限元網(wǎng)格模型

2.2 有限元分析

美國標(biāo)準(zhǔn)FMVSS 139輪胎耐久性測試方法見表1，本工作選取耐久性試驗(yàn)中的第4與第7階段的測試條件作為仿真分析工況。采用兩種工況進(jìn)行胎圈耐久性能有限元分析。工況1：充氣壓力為410 kPa，負(fù)荷為1 380 kg；工況2：充氣壓力為320 kPa，負(fù)荷為1 380 kg。

表1 輪胎耐久性測試方法

兩種工況下有限元分析的胎圈部位應(yīng)變能密度分布分別見圖4和5。由分析結(jié)果可知，最大應(yīng)變能密度分布位置與測試后胎圈損壞位置（圖1中損壞位置）一致，說明采用有限元分析的應(yīng)變能密度大小評價(jià)胎圈耐久性能是可靠的。

圖4 工況1下胎圈應(yīng)變能密度分布

由圖4可見，工況1下方案A和方案B胎圈部位應(yīng)變能密度最大值分別為0.46和0.55 mJ·mm-3，方案B的應(yīng)變能密度最大值比方案A大19.6%。

由圖5可見，工況2下方案A和方案B胎圈部位應(yīng)變能密度最大值分別為0.33和0.40 mJ·mm-3，方案B的應(yīng)變能密度最大值比方案A大21.2%。

圖5 工況2下胎圈應(yīng)變能密度分布

兩種工況下胎圈部位應(yīng)變能密度分布的有限元分析結(jié)果表明，采用通用的胎側(cè)補(bǔ)強(qiáng)膠片方法對于LT235/85R16半鋼子午線輪胎的胎圈耐久性能無提升作用。

3 測試驗(yàn)證

為進(jìn)一步對仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)行實(shí)際輪胎耐久性試驗(yàn)，測試方法基于FMVSS 139測試標(biāo)準(zhǔn)，在低氣壓耐久性試驗(yàn)階段完成后，調(diào)整充氣壓力至410 kPa，保持測試速度為120 km·h-1，單胎最大負(fù)荷率調(diào)整至110%，每隔4 h負(fù)荷率增大10%，直至輪胎損壞為止，測試結(jié)果見表2。由表2可見，與方案A輪胎相比，方案B輪胎耐久性能沒有提升。實(shí)際測試結(jié)果與仿真分析結(jié)果一致。

表2 輪胎耐久性測試結(jié)果 h

4 結(jié)語

為驗(yàn)證胎側(cè)補(bǔ)強(qiáng)膠片對輪胎胎圈耐久性能的提升作用，采用有限元仿真與實(shí)際測試相結(jié)合的方法研究胎側(cè)補(bǔ)強(qiáng)膠片對LT235/85R16半鋼子午線輪胎胎圈耐久性能的影響。結(jié)果表明，胎側(cè)補(bǔ)強(qiáng)膠片對該規(guī)格輪胎胎圈耐久性能無提升作用。由此說明，是否采用胎側(cè)部位增加補(bǔ)強(qiáng)膠片的方法提升胎圈耐久性能需要結(jié)合輪胎具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。