CN105984295A - 一种子午线轮胎半成品部件设计方法 - Google Patents
一种子午线轮胎半成品部件设计方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105984295A CN105984295A CN201610371330.0A CN201610371330A CN105984295A CN 105984295 A CN105984295 A CN 105984295A CN 201610371330 A CN201610371330 A CN 201610371330A CN 105984295 A CN105984295 A CN 105984295A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tire
- subsystem
- designing
- design
- rubber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
- B60C99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
- B60C99/006—Computer aided tyre design or simulation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Tyre Moulding (AREA)
- Tires In General (AREA)
Abstract
本发明提供了一种子午线轮胎半成品部件的设计方法,显著提高施工设计精度,从而提高产品一致性。将轮胎设计材料分布图分为3个子系统进行逆向设计,包括胎面子系统、胎体组子系统和三角胶子系统。逆向设计边界条件与成型过程相反,根据理论设计材料分布,逆向推出各半成品部件的材料分布。通过这种方法,对轮胎各半成品部件进行精确设计,使各半成品部件成型后的形状与理论材料分布相吻合。本发明应用范围广、精度高,能精确设计轮胎半成品部件材料分布图,显著提高成品胎与理论设计轮胎材料分布的一致性,减小轮胎试制次数,缩减轮胎开发周期,降低轮胎开发成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种子午线轮胎的半成品部件设计方法,该方法能够精确设计轮胎半成品部件的材料分布,保证理论设计和实际成品胎的一致性。
背景技术
施工设计是轮胎设计到成品胎之间的桥梁,施工设计精确与否,直接影响到成品胎的质量。由于轮胎成型过程中,胶料流动非常大,轮胎设计人员通常采用试错法反复调整施工设计来保证轮胎的制造精度,提高产品一致性,产品开发时间长,开发成本大。因此,精确设计轮胎半成品部件显得至关重要。
近年来,计算机仿真技术在轮胎领域得到广泛地应用,为轮胎开发提供了有效的途径。中国专利公开号为CN101211385A的专利文献公开了轮胎性能有限元模型的建模方法和模拟方法,中国专利公开号为CN101432115A和CN101563199的专利文献公开了轮胎硫化模拟方法,中国专利公开号为CN1010249638.0的专利文献公开了子午线轮胎成型过程的模拟方法。然而,至今没有关于轮胎半成品部件的相关研究。
发明内容
本发明提供一种子午线轮胎半成品部件的设计方法,显著提高施工设计精度,从而提高产品一致性。将轮胎设计材料分布图分为3个子系统进行逆向设计,包括胎面子系统、胎体组子系统和三角胶子系统。逆向设计边界条件与成型过程相反,根据理论设计材料分布,逆向推出各半成品部件的材料分布。通过这种方法,对轮胎各半成品部件进行精确设计,使各半成品部件成型后的形状与理论材料分布相吻合。
本发明的子午线轮胎半成品部件设计方法,包括以下步骤:
(1)橡胶材料试验数据获取:进行橡胶的剪切松弛试验和单轴拉伸试验,获得轮胎各部件的剪切松弛模量和应力-应变曲线,选用广义Maxwell模型和Marlow超弹性模型表征未硫化橡胶的粘性行为和超弹性性能;
(2)有限元模型的建立:
(2.1)将轮胎设计材料分布图分为3个子系统,具体包括胎面子系统、胎体组子系统和三角胶子系统,以设计材料分布图为基准,对3个子系统分别进行定位;所述胎面子系统包括胎面胶和胎面胶片,所述胎体组子系统包括胎体、内衬、胎肩垫胶和加强层,所述三角胶子系统包括软三角胶、硬三角胶、隔离胶片和胎圈;子系统中的每个半成品部件使用至少一个弹性元,且部件之间紧密连接;
(2.2)对所述3个子系统分别进行网格离散化,局部应力集中处需细化网格;
(2.3)采用直接约束法模拟接触行为;
(3)半成品部件逆向设计:分别对3个子系统分别进行逆向设计,边界条件与成型过程相反,逆向推出轮胎半成品部件形状;所述边界条件包括压辊滚压压力、充气成型压力、橡胶与成型鼓之间的摩擦系数;结合部件挤出口型基本参数,对得到的各半成品部件形状进行修整,得到半成品部件材料分布图;
(4)正向成型仿真验证:对得到的半成品部件材料分布进行正向成型仿真,将得到的成品胎与理论设计轮胎进行对比,验证设计方法的可行性。
优选地,所述3个子系统模型具有多种橡胶模型及帘线-橡胶复合材料的复杂结构。
优选地,所述3个子系统部件模型均采用轴对称模型。
优选地,所述橡胶模型物理模型采用粘弹性本构模型,至少包括应力-应变数据、泊松比和松弛模量。
优选地,所述帘线-复合材料采用Rebar模型来表征,至少包括帘线密度、横截面积和角度。
本发明具有应用范围广、精度高等优点,能克服传统方法的缺陷,精确设计轮胎半成品部件材料分布图,显著提高成品胎与理论设计轮胎材料分布的一致性,减小轮胎试制次数,缩减轮胎开发周期,降低轮胎开发成本。
附图说明
图1为胶料单轴拉伸试验曲线拟合图。
图2为胶料剪切松弛试验曲线拟合图。
图3为理论材料分布分模块示意图。
图4为胎面子系统形状的确定。
图5为胎体组子系统形状的确定。
图6为三角胶子系统形状的确定。
图7为仿真断面与理论断面对比,其中,(a)为仿真断面;(b)为理论设计断面。
图中:
1-轮胎;2-胎面子系统;3-胎体组子系统;4-三角胶子系统;5-刚体;6-胎面;7-主鼓;8-胎圈;9-加强层;10-内衬层;11-胎体;12-胎肩垫胶;13-软三角胶;14-硬三角胶。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明,但本发明的保护范围并不限于此。
本发明所述的一种子午线轮胎半成品部件设计方法,包括橡胶材料试验数据获取、有限元模型的建立、半成品部件逆向设计和正向成型仿真验证4个步骤。
一、材料试验数据获取
进行轮胎未硫化橡胶的剪切松弛试验和单轴拉伸试验,获得轮胎各部件的剪切松弛模量和应力-应变曲线,利用ABAQUS软件中的材料拟合模块对试验数据进行参数识别,选用广义Maxwell模型和Marlow超弹性模型表征未硫化橡胶的粘性行为和超弹性性能。图1为胎面6胶和内衬层10胶的单轴拉伸试验曲线,图2为两者的剪切松弛试验曲线,Maxwell模型和Marlow超弹性模型的拟合精度均很好,因此,说明所选本构模型的精确性。
二、有限元模型的建立
(1)单元类型选取。橡胶单元采用的四边形单元为CGAX4H,三角形单元为CGAX3H,REBAR单元为SFMGAX1。
(2)接触模拟。轮胎成型过程中,各部件之间的粘性很强,因此采用直接约束法模拟接触行为。
(3)网格划分
本发明所述的一种子午线轮胎半成品部件设计方法,如图3所示,将轮胎的理论材料分布分为三个子系统进行逆向设计,分别是胎面6子系统2、胎体11组子系统3、三角胶子系统4。胎面6子系统2包括胎面6,胎体11组子系统3包括胎体11、内衬、胎肩垫胶12和加强层9,三角胶子系统4包括胎圈8、软三角胶13和硬三角胶14。分别对3个子系统进行网格划分,可能发生应力集中处,进行网格细化。
三、半成品部件逆向设计
(1)胎面6子系统2材料分布的确定
由理论材料分布得到的胎面6形状和位置如图4(a)所示,以理论设计材料分布中的胎面6胶形状为基础,采用成型仿真的方法,将胎面6逆向成型到刚体5平面上,即将胎面6形状还原为轮胎1半成品部件形状。仿真时,在胎面6内侧设置一平面刚体5,刚体5向图示方向移动到胎面6内侧中心位置,并在胎面6外侧施加均布压力,逆向仿真得到胎面6胶半成品部件的形状如图4(b)所示。根据图4(b)所示形状和胎面6挤出口型的基本设计参数进行修整,得到胎面6胶半成品部件的形状如图4(c)所示。需要说明的是,本发明忽略了胎面6花纹,若要考虑花纹,根据理论材料分布中花纹沟体积和花纹沟的相对位置,胶料在成型过程中体积相等,减去花纹沟胶料,确定胎面6胶半成品部件形状。
(2)胎体11组子系统3材料分布的确定
内衬层10、胎体11层在成型过程中各点的径向伸张不同,胎冠处伸张最大,胎圈8处伸张小。因此,充气膨胀后各点的厚度不同,但其宽度和体积在膨胀前后保持不变。胎肩垫胶12在成型时,既有径向的伸张,又有弯曲,变形复杂。逆向成型仿真时,根据理论材料分布确定胎体11层、内衬层10和胎肩垫胶12位置,在胎体11外侧施加均布气压,如图5(a)所示,同时胎圈8向两侧移动,将胎体11、内衬层10展开到主鼓7上,结果如图5(b)所示。根据生产实际,对部件形状修整,得到的半成品部件材料分布如图5(c)。
(2)三角胶子系统4材料分布的确定
在轮胎1成型过程中,三角胶绕胎圈8转动,径向膨胀很小。逆向成型仿真时,根据理论材料分布确定三角胶的位置,胎圈8固定,三角胶外侧施加均布压力(如图6(a)所示),将三角胶压到其绕胎圈8翻转前的位置,如图6(b)所示。对三角胶形状进行修整,得到半部件形状如图6(c)所示。
(4)轮胎1其他半成品部件形状的确定
轮胎1在胎侧反包时,反包胶囊对胎侧胶和耐磨胶存在挤压作用,半成品部件逆向成型仿真方法具有一定的局限性。带束层在成型时宽度、厚度基本保持不变,其形状可以直接由材料分布图直接得到。
四、正向成型仿真验证
对步骤三的半成品部件进行正向成型仿真,得到的断面如图7(a)所示,图(b)为理论设计材料分布图,对比可知,两者一致性很好。
所述实施例为本发明的优选的实施方式,但本发明并不限于上述实施方式,在不背离本发明的实质内容的情况下,本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种子午线轮胎半成品部件设计方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)橡胶材料试验数据获取:对每种胶料至少进行一次剪切松弛试验和单轴拉伸试验,获得轮胎各部件的剪切松弛模量和应力-应变曲线,选用广义Maxwell模型和Marlow超弹性模型表征未硫化橡胶的粘性行为和超弹性性能;
(2)有限元模型的建立:
(2.1)将轮胎设计材料分布图分为3个子系统,具体包括胎面子系统(2)、胎体组子系统(3)和三角胶子系统(4),以设计材料分布图为基准,对3个子系统分别进行定位;所述胎面子系统(2)包括胎面胶和胎面胶片,所述胎体组子系统(3)包括胎体、内衬、胎肩垫胶和加强层,所述三角胶子系统(4)包括软三角胶、硬三角胶、隔离胶片和胎圈;子系统中的每个半成品部件使用至少一个弹性元,且部件之间紧密连接;
(2.2)对所述3个子系统分别进行网格离散化,局部应力集中处需细化网格;
(2.3)采用直接约束法模拟接触行为;
(3)半成品部件逆向设计:分别对3个子系统分别进行逆向设计,边界条件与成型过程相反,逆向推出轮胎半成品部件形状;所述边界条件包括压辊滚压压力、充气成型压力、橡胶与成型鼓之间的摩擦系数;结合部件挤出口型基本参数,对得到的各半成品部件形状进行修整,得到半成品部件材料分布图;
(4)正向成型仿真验证:对得到的半成品部件材料分布进行正向成型仿真,将得到的成品胎与理论设计轮胎进行对比,验证设计方法的可行性。
2.根据权利要求1所述的子午线轮胎半成品部件设计方法,其特征在于,所述3个子系统模型具有多种橡胶模型及帘线-橡胶复合材料的复杂结构。
3.根据权利要求1所述的子午线轮胎半成品部件设计方法,其特征在于,所述3个子系统部件模型均采用轴对称模型。
4.根据权利要求1所述的子午线轮胎半成品部件设计方法,其特征在于,所述橡胶模型物理模型采用粘弹性本构模型,至少包括应力-应变数据、泊松比和松弛模量。
5.根据权利要求1所述的子午线轮胎半成品部件设计方法,其特征在于,所述帘线-复合材料采用Rebar模型来表征,至少包括帘线密度、横截面积和角度。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610371330.0A CN105984295B (zh) | 2016-05-30 | 2016-05-30 | 一种子午线轮胎半成品部件设计方法 |
US15/758,171 US10994578B2 (en) | 2015-09-14 | 2016-09-14 | Method for improving production process for wide-base truck radial tire |
PCT/CN2016/098969 WO2017045600A1 (zh) | 2015-09-14 | 2016-09-14 | 一种宽基载重子午线轮胎生产工艺改进方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610371330.0A CN105984295B (zh) | 2016-05-30 | 2016-05-30 | 一种子午线轮胎半成品部件设计方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105984295A true CN105984295A (zh) | 2016-10-05 |
CN105984295B CN105984295B (zh) | 2018-10-09 |
Family
ID=57044043
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610371330.0A Active CN105984295B (zh) | 2015-09-14 | 2016-05-30 | 一种子午线轮胎半成品部件设计方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN105984295B (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108407552A (zh) * | 2018-03-06 | 2018-08-17 | 正新橡胶(中国)有限公司 | 胎面口金半制品、胎面口金结构、轮胎及轮胎加工方法 |
CN111008496A (zh) * | 2019-12-04 | 2020-04-14 | 赛轮集团股份有限公司 | 一种轮胎的三角胶芯结构设计方法 |
CN111070746A (zh) * | 2019-11-12 | 2020-04-28 | 浙江大学 | 一种用于轮胎成型控制的辊压机滚压轨迹自动生成方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101923589B (zh) * | 2010-08-10 | 2011-11-16 | 江苏大学 | 子午线轮胎成型过程的模拟方法 |
CN102855348A (zh) * | 2012-07-31 | 2013-01-02 | 宁波拓普集团股份有限公司 | 一种车用橡胶减振件疲劳性能预测方法 |
CN104765906A (zh) * | 2015-03-03 | 2015-07-08 | 江苏大学 | 一种轮胎外轮廓声学贡献度分析方法 |
-
2016
- 2016-05-30 CN CN201610371330.0A patent/CN105984295B/zh active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101923589B (zh) * | 2010-08-10 | 2011-11-16 | 江苏大学 | 子午线轮胎成型过程的模拟方法 |
CN102855348A (zh) * | 2012-07-31 | 2013-01-02 | 宁波拓普集团股份有限公司 | 一种车用橡胶减振件疲劳性能预测方法 |
CN104765906A (zh) * | 2015-03-03 | 2015-07-08 | 江苏大学 | 一种轮胎外轮廓声学贡献度分析方法 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108407552A (zh) * | 2018-03-06 | 2018-08-17 | 正新橡胶(中国)有限公司 | 胎面口金半制品、胎面口金结构、轮胎及轮胎加工方法 |
CN111070746A (zh) * | 2019-11-12 | 2020-04-28 | 浙江大学 | 一种用于轮胎成型控制的辊压机滚压轨迹自动生成方法 |
CN111008496A (zh) * | 2019-12-04 | 2020-04-14 | 赛轮集团股份有限公司 | 一种轮胎的三角胶芯结构设计方法 |
CN111008496B (zh) * | 2019-12-04 | 2023-08-22 | 赛轮集团股份有限公司 | 一种轮胎的三角胶芯结构设计方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105984295B (zh) | 2018-10-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2017045600A1 (zh) | 一种宽基载重子午线轮胎生产工艺改进方法 | |
EP1939774B1 (en) | Method for modeling a tire model and simulation method | |
Behroozi et al. | Finite element analysis of aircraft tyre–Effect of model complexity on tyre performance characteristics | |
CN105984295A (zh) | 一种子午线轮胎半成品部件设计方法 | |
CN105718678B (zh) | 一种宽基载重子午线轮胎成型机带束鼓及设计方法 | |
CN105205243B (zh) | 一种判定宽基子午线轮胎胎体帘线弯曲的方法 | |
JP5297223B2 (ja) | タイヤモデルの作成方法及びタイヤのシミュレーション方法 | |
CN101923589B (zh) | 子午线轮胎成型过程的模拟方法 | |
US20150367694A1 (en) | Method for estimating shape of vulcanization-molded tire | |
EP2662792B1 (en) | Method for generating tire model | |
JP2007131206A (ja) | タイヤとホイールの組み付け解析方法とその解析モデル | |
JP2003225952A (ja) | タイヤ製造工程のシミュレーション方法、この方法を実行するためのプログラム、空気入りタイヤの製造方法および空気入りタイヤ | |
CN102218840B (zh) | 一种模拟全钢子午线轮胎硫化过程的方法 | |
JP2004217075A (ja) | タイヤモデル作成方法、タイヤ特性予測方法、タイヤモデル作成装置、タイヤ特性予測装置およびタイヤモデル作成方法を実行するプログラム | |
JP5721982B2 (ja) | タイヤ性能シミュレーション方法、タイヤ性能シミュレーション装置、及びタイヤ性能シミュレーションプログラム | |
Pelc | Static three-dimensional modelling of pneumatic tyres using the technique of element overlaying | |
JP2007283859A (ja) | タイヤ性能予測方法、及びプログラム | |
JP2005014301A (ja) | ゴム構造体の変形シミュレーション方法、ゴム構造体製品の性能予測方法、ゴム構造体製品の設計方法およびゴム構造体製品の作製方法 | |
Zhou et al. | Wide-base tire-building process and design optimization using finite element analysis | |
JP2006232138A (ja) | タイヤ挙動シミュレーション方法 | |
JP4581671B2 (ja) | タイヤ製造時の断面形状予測方法及びその装置並びにそのコンピュータプログラムと情報記憶媒体 | |
Wang et al. | Investigation of rubber flow during tire shaping process by experiment and numerical simulations | |
Choi et al. | A study of rubber flow in a mold during the tire shaping process using experiment and computer simulation | |
Shokouhfar et al. | Verification of the Part-Composite Approach for modeling the multi-layered structure of a rolling truck tire | |
Korunović et al. | FEM based parametric design study of tire profile using dedicated CAD model and translation code |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210415 Address after: 265400 Jinlong Road, Zhaoyuan, Yantai, Shandong 777 Patentee after: SHANDONG LINGLONG TYRE Co.,Ltd. Address before: Zhenjiang City, Jiangsu Province, 212013 Jingkou District Road No. 301 Patentee before: JIANGSU University |
|
TR01 | Transfer of patent right |