不同胎體鋼絲簾線對輪胎下沉量的影響

梁千頃，何昌偉，杜嘉需，郭 瑋，和 燕

（1.風神輪胎股份有限公司，河南 焦作 454003；2.北京橡膠工業研究設計院有限公司，北京 100143）

輪胎是由橡膠材料和鋼絲簾線組成的復雜結構體，其性能影響因素主要有模具輪廓參數、結構尺寸、材料物理性能參數和使用條件參數[1-2]。一般情況下，調整上述參數對輪胎性能的影響是交互的。因此，定量分析每個參數對輪胎性能的影響機理一直是研究的難點，尋找各項參數在特定區間內對輪胎單一性能的獨立影響因子已成為當前研究的重要方向。

胎里內輪廓對輪胎接地印痕有重要影響[3]。陳佛國等[4]僅通過優化內輪廓顯著降低了輪胎滾動阻力。隆有明[5]通過理論計算的方式確定了子午線結構的最佳內輪廓形狀。這些研究的根本做法都是通過優化輪胎內輪廓從而影響其下沉量，進而影響輪胎接地印痕形狀、滾動阻力和冠部耐久性能。因此，輪胎下沉量是輪胎性能的一個重要的參考指標。

本工作以445/45R19.5輪胎為研究對象，通過有限元分析（FEA）研究不同胎體鋼絲簾線對輪胎下沉量的影響。

1 仿真分析

1.1 仿真方案

以445/45R19.5規格輪胎為研究對象，選用我公司用量較大的3種鋼絲簾線3＋9×0.22W（代號A），0.25＋6＋12×0.225HT（代號B），0.22＋6＋11×0.205（代號C）作為胎體簾線[6]，其相關參數如表1所示，分別考察不同鋼絲簾線對輪胎下沉量的影響。

表1 3種鋼絲簾線的參數

1.2 研究參數

胎體材料屬性主要指鋼絲簾線的拉伸曲線（見圖1）及其排列密度（簾線密度，根·dm-1）。從圖1可以得出，在相同伸長率下，3種鋼絲簾線的載荷差異為10%～20%。

1.3 分析步驟

使用Hypermesh劃分網格和Abaqus非線性求解器相結合的方法進行FEA研究。

FEA研究步驟如圖2所示。

從圖2可以看出，FEA研究步驟主要包括創建模型，優化/驗證模型和擴展預測3個部分。

1.4 仿真判據

按規定充氣后，輪胎在靜負荷作用下斷面高度的減小量為輪胎下沉量，與之相關的參數還有輪胎下沉率（輪胎下沉量與其斷面高度的比值）。

本工作根據已有實測數據建立輪胎仿真模型，通過對比輪胎下沉量實測值和FEA計算值驗證仿真結果的可靠性，如表2所示。

從表2可以看出，試驗實測和FEA計算的輪胎下沉量高度吻合，仿真結果可靠。

表2 輪胎下沉量實測值和FEA計算值對比

2 FEA后處理分析

2.1 不 同簾線密度的A鋼絲簾布對輪胎下沉量的影響

A鋼絲簾線的單絲直徑為1.14 mm，適合的簾線密度為50～87根·dm-1。胎體分別選用簾線密度為50，60，70，80根·dm-1的A鋼絲簾布（分別記作A-50，60，70，80，其中A-50為基礎方案），計算輪胎下沉量，結果如表3所示。表中，ΔS為各方案輪胎下沉量分別與基礎方案輪胎下沉量的差值，下沉量變化為ΔS/輪胎下沉量。

表3 不同簾線密度下A鋼絲簾布輪胎下沉量的變化

從表3可以看出，輪胎下沉量變化范圍為0%～0.23%，這表明基于A鋼絲簾線，輪胎下沉量變化對簾線密度不敏感。

2.2 不 同簾線密度的B鋼絲簾布對輪胎下沉量的影響

B鋼絲簾線的單絲直徑為1.13 mm，適合的簾線密度為50～87根·dm-1。胎體分別選用簾線密度為55，60，70，80根·dm-1的B鋼絲簾布（分別記作B-55，60，70，80，其中B-55為基礎方案），計算輪胎下沉量，結果如表4所示。

表4 不同簾線密度下B鋼絲簾布輪胎下沉量的變化

從表4可以看出，輪胎下沉量變化范圍為0%～0.50%，這表明基于B鋼絲簾線，輪胎下沉量對簾線密度變化不敏感。

2.3 不 同簾線密度的C鋼絲簾布對輪胎下沉量的影響

C鋼絲簾線的單絲直徑為1.03 mm，適合的簾線密度為55～87根·dm-1。胎體分別選用簾線密度為55，60，70，80根·dm-1的C鋼絲簾布（分別記作C-55，60，70，80，其中C-55為基礎方案），計算輪胎下沉量，結果如表5所示。

表5 不同簾線密度下C鋼絲簾布輪胎下沉量的變化

從表5可以看出，輪胎下沉量變化為0%～0.05%，這表明基于C鋼絲簾線，輪胎下沉量對簾線密度變化不敏感。

綜上可知，在不同簾線密度下，3種鋼絲簾線輪胎下沉量變化范圍集中在0%～0.50%，即簾線密度對輪胎下沉量的影響不顯著。

2.4 相同簾線密度不同鋼絲簾線對輪胎下沉量的影響

胎體分別選取相同簾線密度的3種鋼絲簾布，輪胎下沉量及其變化如表6所示。

從表6可以看出，相同簾線密度不同鋼絲簾線輪胎下沉量的差異不大，輪胎下沉量變化指數范圍為99.92%～100.28%，胎體簾線密度和類型與輪胎下沉量呈弱相關關系。

表6 相同簾線密度不同鋼絲簾線對輪胎下沉量的影響

3 結論

對胎體中使用鋼絲簾線的子午線輪胎結構，胎體鋼絲簾線密度和類型與輪胎下沉量呈弱相關關系。因此，在優化胎體材料參數時，可以不用優先考慮胎體鋼絲簾線密度和類型對輪胎下沉量帶來的影響。同時，本工作未考慮采用不同材料（如錦綸簾線與鋼絲簾線）的胎體對輪胎下沉量的影響，對這部分內容需要進一步分析研究。