一种轮胎冠带层预张力测试方法、设备和计算机程序产品与流程

1.本发明涉及轮胎计算机智能设计技术领域，尤其涉及一种轮胎冠带层预张力测试方法、设备和计算机程序产品。


背景技术：

2.轮胎是车辆与地面接触的唯一部件，轮胎性能直接关系到车辆的安全、操控和舒适性，其重要性不言而喻。轮胎结构复杂，由十余种不同橡胶材料和骨架材料组成，其中骨架材料是轮胎的主要承力部件，承担着轮胎内部80％以上的能量，骨架材料的受力影响轮胎的刚度、接地状态及滚动阻力等性能指标，是轮胎设计工程师重点关注的设计因素。成品轮胎中骨架材料的受力很难实验测得，一般通过有限单元仿真方法分析轮胎中骨架材料的受力。
3.对于轿车子午线轮胎而言，其骨架材料一般包括钢丝带束层、聚酯帘线胎体和尼龙冠带层。其中尼龙帘线材料与钢丝帘线相比具有很大的尺寸不稳定性，即在硫化过程中有受热收缩趋势，但由于模具、硫化胶囊或后充气压力的限制，导致其无法收缩，继而产生收缩预张力，同时，对于轮胎冠带层而言，在成型过程中需要施加预张力，成型预张力与硫化热收缩预张力最终会存在于成品轮胎中，对轮胎性能产生很大影响。
4.轮胎冠带层中骨架材料的预张力无法直接实验测得，主要是因为实验测量需要破坏轮胎结构，一旦结构被破坏则预张力值会发生变化或消失，加之冠带层预张力一直被忽略，目前的轮胎性能仿真分析中均没有考虑冠带层预张力对轮胎性能的影响，由此导致分析结果不准确，无法很好的指导材料设计和工艺条件的制定。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，即轮胎冠带层中骨架材料的预张力无法直接实验测得，主要是因为实验测量需要破坏轮胎结构，一旦结构被破坏则预张力值会发生变化或消失，加之冠带层预张力一直被忽略，目前的轮胎性能仿真分析中均没有考虑冠带层预张力对轮胎性能的影响，由此导致分析结果不准确，无法很好的指导材料设计和工艺条件的制定。
6.进而提供一种轮胎冠带层预张力测试方法及其在性能仿真上的应用，实现考虑冠带层预张力的轮胎性能分析，提高仿真分析准确性，为轮胎设计工程师和工艺工程师提供指导。
7.为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
8.一种轮胎冠带层预张力测试方法，该方法包括以下的步骤：
9.第一步，进行材料预张力测试：截取有效长度l为20cm的单根帘线试样，两端夹于夹具之上，夹具向两侧移动，对其施加与成型时预张力相同的拉力值p0，而后继续移动一段位移s，s的计算公式如下：
[0010][0011]
其中r0为帘线在成型鼓上的位置半径，r1为帘线在成品轮胎中的位置半径；然后利用环境箱对帘线进行热处理，热处理过程与轮胎硫化过程相同，传感器记录热处理之后帘线的预张力，记为p1；
[0012]
第二步，利用abaqus软件建立轮胎有限元模型，在冠带层帘线材料属性部分设置热收缩系数a，对冠带层帘线设置初始温度为23℃，定义一个分析步对冠带层帘线施加温度小于23℃的温度tg，进行计算，输出计算后冠带层的张力p2，如果p1＝p2则进行下一步，如果p1≠p2，则调整tg，直至p1＝p2；
[0013]
第三步，进行二维轴对称充气分析，在轮胎内部边界层施加额定的充气压力，进行充气分析；
[0014]
第四步，在充气分析的基础上，使二维轴对称模型旋转一周，生成轮胎三维模型，在三维模型中继续指定冠带层帘线的温度为第二步中确定的tg，在距离轮胎表面1mm的位置放置刚性平直路面，固定轮胎轮辋，对刚性路面施加额定载荷w，进行轮胎负载分析，输出接地压力。
[0015]
作为优选，第一步中热处理过程分为升温：持续时间为t1，温度为预热温度t0升至t1；恒温：持续时间为t2，保持温度t2＝t1不变；降温阶段：持续时间为t3，温度从t2将为室温t3。
[0016]
作为优选，第三步中充气压力0.18mpa。
[0017]
作为优选，tg＝21.3℃。
[0018]
进一步，本发明还公开了所述方法用于轮胎静态性能仿真中的应用。
[0019]
进一步，本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述任意一个技术方案所述方法的步骤。
[0020]
进一步，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序或指令，该计算机程序或指令被处理器执行时实现上述任意一个技术方案所述方法的步骤。
[0021]
进一步，本发明还公开了一种计算机程序产品，包括计算机程序或指令，该计算机程序或指令被处理器执行时实现上述任意一个技术方案所述方法的步骤。
[0022]
本发明由于采用了上述的技术方案，通过上述计算过程即可获得考虑冠带层预张力的轮胎静态性能仿真。实现考虑冠带层预张力的轮胎性能分析，提高仿真分析准确性，为轮胎设计工程师和工艺工程师提供指导。
附图说明
[0023]
图1为冠带层预张力测试方法图；
[0024]
图2为21550r15轮胎有限元网格图；
[0025]
图3为21550r15轮胎充气变形结果；
[0026]
图4为降温志21.3℃和实测接地印痕的对比；
[0027]
图5为降温1℃时轮胎的接地印痕；
[0028]
图6为降温0℃时轮胎的接地印痕。
具体实施方式
[0029]
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
[0030]
以21550r15轮胎为例：
[0031]
第一步，进行材料预张力测试。选取930tex冠带层尼龙66帘线为测试对象，截取有效长度l为20cm的单根帘线试样，两端夹于夹具之上，夹具向两侧移动(如图1)，对其施加与成型时预张力相同的拉力值p0＝4n，而后继续移动一段位移s，s的计算公式如下：
[0032][0033]
其中r0为帘线在成型鼓上的位置半径为301mm，r1为帘线在成品轮胎中的位置半径为305mm。然后利用环境箱对帘线进行热处理，热处理过程与轮胎硫化过程相同，分为升温(持续时间为t1＝60秒，温度为预热温度t0＝60℃升至t1＝170℃，线性增加)、恒温(持续时间为t2＝360秒，保持温度t2＝t1＝170℃不变)和降温阶段(持续时间为t3＝20分钟，温度从t2＝170℃将为室温t3＝30℃)，传感器记录热处理之后帘线的预张力，记为p1＝5.5n。
[0034]
第二步，利用abaqus软件建立轮胎有限元模型(如图2)，在冠带层帘线材料属性部分设置热收缩系数a＝0.1，对冠带层帘线设置初始温度为23℃，定义一个分析步对冠带层帘线施加温度tg＝22℃，进行计算，输出计算后冠带层的张力p2＝3.1n，此时p1≠p2，则继续设置tg＝21℃，此时p2＝6.3n，此时p1≠p2，继续调整tg，经过5次调整之后，tg＝21.3℃，此时p1＝p2。
[0035]
第三步，进行二维轴对称充气分析，在轮胎内部边界层施加额定的充气压力0.18mpa，进行充气分析(如图3所示)；
[0036]
第四步，在充气分析的基础上，使二维轴对称模型旋转一周，生成轮胎三维模型，在三维模型中继续指定冠带层帘线的温度为第二步中确定的tg＝21.3℃，在距离轮胎表面1mm的位置放置刚性平直路面，固定轮胎轮辋，对刚性路面施加额定载荷w＝5881n，充气压力仍为0.18mpa，进行轮胎负载分析，输出接地压力(如图4-图6所示)。
[0037]
通过以上技术实现了轮胎冠带层预张力的测试方法以及在性能仿真上的应用，分析结果(图4)显示利用本发明方法对轮胎进行的仿真十分准确，通过与图6相比更加证实了本发明的有效性，图5则证明了降温温度需要合理的确定，而不能人为随意指定，证明了本专利中冠带层预张力测试的必要性。
[0038]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。