CN101923589A

CN101923589A - 子午线轮胎成型过程的模拟方法

Info

Publication number: CN101923589A
Application number: CN 201010249638
Authority: CN
Inventors: 王国林; 张建; 安登峰; 应世洲; 冯耀岭; 杜小伟; 朱美林
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2010-08-10
Filing date: 2010-08-10
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2030-08-10
Also published as: CN101923589B

Abstract

本发明涉及一种子午线轮胎成型过程的模拟方法，该方法包括如下步骤：通过使用具有至少一个弹性元的有限元来模拟轮胎施工部件模型(步骤S1)，用于数值计算；模拟子系统成型过程(S3)；模拟轮胎在成型毂上成型组装过程(S7)；获取至少一个与所述轮胎成型相关的物理参数(S8)。本发明方法具有应用范围广、精度高和信息量大等优点，能够克服传统方法的缺陷，有效地预测成型前后轮胎的总体性能和指导施工设计(口型设计和工况设计)，使轮胎产品误差最小化，从而减少轮胎试制次数，缩短轮胎研发周期，降低轮胎研发成本。

Description

子午线轮胎成型过程的模拟方法

技术领域

本发明涉及一种子午线轮胎成型过程的模拟方法，该方法能实现子午线轮胎水胎成型的计算机模拟。

背景技术

在进行轮胎施工设计过程中，多使用基于经验的试错方法来判断部件结构形状和尺寸是否合理，这种方法具有适用范围窄、精度低和获取信息量小等缺点。特别是对于复杂结构、新材料或新工艺的轮胎设计和制造，利用这种方法试验次数增多且误差很大，往往无法取得理想结果，造成产品研发周期长，浪费巨大。

近年来，计算机模拟在轮胎领域得到广泛地应用，已经成功地应用与轮胎的性能分析、硫化分析、温度场分析等方面。中国专利公开号为CN101211385A的专利文献公开了轮胎性能有限元分析模型的建模方法和模拟方法；日本专利申请号Nos.2003-127622、2004-20229、2004-322971和2002-67636，以及中国专利公开号为CN101639409A的专利文献公开了用计算机模拟轮胎滚动的各种方法；中国专利公开号为CN101432115A和CN101563199A的专利文献公开了轮胎硫化模拟方法。然而，至今没有轮胎成型过程模拟的相关研究。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种子午线轮胎成型过程的模拟方法，主要根据轮胎在成型鼓上的工艺流程和方法，对成型设备和工艺步骤进行有限元模拟分析模型简化，提供各工艺步骤的有限元模拟方法，实现轮胎成型过程中的胎体部分部件贴合、胎冠部分部件贴合、三角翻转、充气、胎侧翻转贴合等工艺流程模拟分析。

本发明的模拟子午线轮胎成型过程包括如下步骤：

(1)通过使用具有至少一个弹性元的有限元模型来建立轮胎施工部件模型，用于数值计算；

(2)将轮胎成型过程分成三角胶部件翻转子系统、胎冠部件贴合子系统和胎体部件贴合子系统3个子系统并分别进行成型模拟；

(3)将3个子系统模型分别安装在成型鼓上，模拟轮胎在成型毂上成型组装过程；获取至少一个与所述轮胎成型相关的物理参数。

本发明中将轮胎成型过程分成三角胶部件翻转子系统、胎冠部件贴合子系统和胎体部件贴合子系统3个子系统并分别进行成型模拟。所述3个子系统部件模型具有多种橡胶模型以及帘线-橡胶复合材料模型构成的复杂结构。

所述橡胶模型物理性能是粘塑性本构，至少包括弹性模量、泊松比和屈服极限。

所述帘线-橡胶复合材料模型中的帘线部分使用REBAR模型来描述。

所述子系统成型过程还包括三角胶部件翻转过程、胎冠部件贴合过程和胎体部件贴合过程。

所述成型组装过程包括基于子系统成型模拟结果来完成充气和胎侧翻转的模拟。

本发明方法具有应用范围广、精度高和信息量大等优点，能够克服传统方法的缺陷，有效地预测成型前后轮胎的总体性能和指导施工设计(口型设计和工况设计)，使轮胎产品误差最小化，从而减少轮胎试制次数，缩短轮胎研发周期，降低轮胎研发成本。

附图说明

图1为本发明的模拟方法的步骤和实施流程图；

图2为待模拟轮胎胎体部子模型的剖面图；

图3为待模拟轮胎胎冠部子模型的剖面图；

图4为待模拟轮胎三角胶部子模型的剖面图；

图5为待模拟轮胎成型子系统模型的的剖面图；

图6为轮胎成型充气的模拟结果；

图7为轮胎成型胎侧翻边的模拟结果；

其中，1-主成型毂模型，2-胎侧胶部分，3-型胶部分，4-耐磨胶部分，5-加强层部分，6-内衬层部分，7-胎体部分，8-胎肩下垫胶部分，9-副成型毂，10-胶条部分，11-胎肩上垫胶部分，12-2号带束层，13-1号带束层，14-0号带束层，15-3号带束层，16-胎冠部分，17-成型推块，18-硬三角胶部分，19-胶片部分，20-软三角胶部分，21-钢丝圈部分

具体实施方式

本发明提供了一种子午线轮胎成型过程的模拟方法。图1为根据本发明的子午线轮胎成型过程模拟实施流程图。在本实施方式中，首先一个步骤S1是，采用有限元法在相应成型毂子午面上布置至少一个有限元模型E(三个子系统，即胎侧部、胎冠部和三角胶部)，以模拟子系统模型和相应成型设备模型。

对于有限元模型E，优先使用轴对称四边形单元和三角形单元简化橡胶部分，优先使用轴对称面单元嵌入REBAR单元简化帘线部分，优先使用轴对称刚性单元简化相应成型毂部分。根据有限元理论，为每个有限元模型E确定用该方法表示的橡胶的物理性能(如弹性模量、屈服极限和泊松比)以及帘线的物理性能(如弹性模量、泊松比、帘线角度、间距和截面积)。

图2显示胎体部模型和主成型毂模型1在子午面上的截面图。胎体部还包括首先贴紧在成型毂上的胎侧胶部分2和耐磨胶部分4、一块与胎侧胶部分和耐磨胶部分相连的型胶部分3、随后依次贴合的内衬层部分6、加强层部分5和胎体部分7、以及最后贴合的胎肩下垫胶部分8。

图3显示胎冠部和副成型毂9在子午面上的截面图。胎冠部还包括依次贴合的带束层部分12、13、14和15、胶条部分10、胎肩上垫胶部分11和胎冠部分16。

图4显示三角胶部和成型推块17在子午面上的截面图。三角胶部还包括固定在成型机器上的钢丝圈部分21、以及与成型推块相接触的硬三角胶部分18、软三角胶部分20和胶片部分19。

随后，分别为本发明的实施例中的胎体部-主成型毂、胎冠部-副成型毂、以及三角胶部-成型推块设置各种边界条件。边界条件包括贴合压力、子系统-成型设备内压力、滚压载荷、以及橡胶-成型设备和橡胶-橡胶之间的摩擦系数。摩擦系数取决实际工况。

然后，与相应成型毂模型接触的子模型的变形模拟被进行(S3)。在上述模拟过程中，根据结构的对称性，只模拟一半轮胎且使用轴对称模型。至于用于设置有限元模型中的边界条件并计算各个物理量参数的方法和步骤，可参考众所周知的例子。上述计算机系统用一般的分析程序(例如，一般的隐式解法(implicit analysis)软件“ABAQU”)计算。

图5是用以说明通过模拟而获得的子模型变形的截面图。该图是将存储的胎冠部和三角胶部的变形信息(S4)放入胎侧部子系统中，用于模拟成型组装模型(S5)。

在步骤S6中，边界条件包括滚压力、冲气压力、翻边载荷、以及橡胶-成型设备和橡胶-橡胶之间的摩擦系数。摩擦系数取决实际工况。用于成型组装过程模拟(S7)。

在步骤S8中，由成型过程的模拟获取所需的物理参数。例如，水胎的最终材料分布图、部件的变形情况、应力、应变、位移，这些数据可以实时输出。

本实施例分析结果如图6和图7，图6为实施例轮胎的成型充气模拟的变形结果；图7为实施例轮胎的胎侧翻边模拟的变形结果，即为水胎的材料分布图。

Claims

1.一种子午线轮胎成型过程的模拟方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的子午线轮胎成型过程的模拟方法，其特征在于，步骤(2)中模拟的3个子系统部件模型具有多种橡胶模型以及帘线-橡胶复合材料模型构成的复杂结构。

3.如权利要求2所述的子午线轮胎成型过程的模拟方法，其特征在于，所述橡胶模型物理性能是粘塑性本构。

4.如权利要求2所述的子午线轮胎成型过程的模拟方法，其特征在于，所述帘线-橡胶复合材料模型中的帘线部分使用REBAR模型来描述。

5.如权利要求1所述的子午线轮胎成型过程的模拟方法，其特征在于，步骤(3)中所述成型组装过程还包括基于子系统成型模拟结果来完成充气和胎侧翻转的模拟。