考虑高阶剪切的轮胎Gough刚度模型

轮胎是一种帘线增强橡胶复合材料结构,Gough刚度是表征轮胎侧向变形与磨耗的一个重要参数,但缺乏理论推导。本文基于高阶剪切复合材料梁理论,研究子午线轮胎带束层角度对轮胎侧向变形的影响及Gough刚度的理论基础。在Fiala横梁模型的基础上,将轮胎简化为弹性基础上的复合材料梁。胎侧及胎面胶简化为弹性基础,带束和胎体简化为复合材料梁。考虑高阶剪切位移场及帘线-橡胶材料的各向异性,利用虚功原理建立模型方程,得到了复合材料梁在侧向载荷作用下的小挠度理论解,与有限元结果和已有文献结果对比验证了其合理性。算例分析表明,当胎体等效梁结构的高宽比固定时,对应Gough刚度极大值带束角度是固定的;不同的帘线模量和橡胶模量也会对Gough刚度极大值所对应的带束角度产生不同的影响;带束层厚度对Gough刚度极大值对应的带束角度影响较小。根据Gough刚度极大值准则得到了不同高宽比下的轮胎最佳带束角度,利用实际轮胎解剖结构进行了验证。本文提出的模型为子午线轮胎带束角度优选和磨耗设计提供了理论指导。      

稳态滚动轮胎的有限元分析模型

建立了一个稳态滚动轮胎的有限元分析模型,考虑了轮胎变形的几何非线性、轮胎与地面和轮胎与轮辋的大变形非线性接触、轮胎材料的非均匀性、橡胶材料的不可压缩性和物理非线性、橡胶基复合材料的各向异性及轮胎与地面接触滑动摩擦。结果表明,该模型是较为合理的。      

船用长方体形空气弹簧隔振器刚度特性

长方体形空气弹簧因其结构特点可以通过改变特性参数和工况获得理想的垂向和横向刚度比,从而可以更好地满足工程应用的要求。综合考虑橡胶-帘布复合材料的材料非线性、大变形过程中的几何非线性以及基座刚性板与胶囊柔性体之间的接触非线性,建立长方体形空气弹簧的有限元模型,分别计算并绘制在不同的初始工作气压、气体容积、帘线层数以及帘线角度下空气弹簧的垂向与横向刚度特性曲线,并研究这些因素对其刚度特性的影响。最后,通过试验证明有限元分析结果的可靠性。     

一种新的橡胶-帘线复合材料的模型及其参数识别方案

为了给工程应用提供简便而有效的数值计算方法,提出了橡胶-帘线复合材料的一种非线性数值模型。首先推导了这种模型的有限元格式,以便在ABAQUS软件基础上实现这种模型;然后在单胞有限元分析的基础上,将此类超弹性基体、长纤维增强复合材料等效为一种横观各向同性超弹性材料。给出的数值算例将此方法的计算结果与纤维、基体分别细分单元的有限元分析结果进行了比较,验证了该方法的有效性与实用性。     

帘线／橡胶复合材料疲劳测试方法

利用自建的试验系统,采用单向聚酯帘线／橡胶复合材料模拟汽车子午胎的胎体,研究了疲劳载荷下橡胶复合材料的变形和损伤累积特性,讨论了两徊加载方式对疲劳性能的影响,结果表明：定载荷疲劳测试优于伸长疲劳测试,为评价轮胎的疲劳特性,预报轮胎的疲劳寿命提供了有效手段。     

基于裂缝分布特征的RC框架中间节点受剪性能计算拉压杆模型

大量钢筋混凝土梁柱组合体抗震性能试验表明,梁柱节点剪压比较大时核心区混凝土在受力后期一般将出现明显的非线性剪切变形。采用有限元方法模拟节点的受力规律时,正确计算节点区的剪应力-剪应变关系是有限元模型合理、非线性变形计算结果准确、可靠的基础和前提;基于梁柱组合体试验中节点裂缝的发展过程和分布规律,提出了一种基于裂缝分布特征的拉压杆模型,推导了相应的剪应力-剪应变骨架曲线的计算方法;在OpenSees软件中的超级节点单元的基础上,将节点的剪应力-剪应变骨架曲线的计算结果用于多个典型梁柱组合体抗震试验的有限元模拟分析之中。通过将节点剪切块的剪应力-剪应变滞回曲线、梁端力-位移滞回曲线的模拟结果与试验结果进行比较,验证了该模型的适用性和有效性。     

一种基于帘线/橡胶复合材料细观力学的精确建模方法

为研究适应性底座的受压膨胀力学特性,提出了一种基于纤维帘线/橡胶复合材料细观力学的精确建模方法.该方法建立在帘线与橡胶材料参数的准确取值这一基础上,其中橡胶材料采用Mooney-Rivilin本构模型进行描述,通过拉伸试验验证了本构模型的准确性,基于束帘线拉伸试验规律对帘线拉伸模量进行了修正.通过上述方法,对适应性橡胶底座受压膨胀过程进行了数值模拟与试验研究.结果表明:这一精确建模方法能够较好地模拟底座的受压膨胀特性,能够获取底座中帘线与橡胶材料的应力、应变的分布以及二者的变化规律.研究工作为适应性底座的进一步研究和实际应用提供了技术支撑.     

层合复合材料冲击损伤破坏过程研究(Ⅰ)——数值分析

基于连续损伤力学,对弹丸冲击复合材料多层板靶的变形-损伤过程给出了必要的基本方程,进行了三维有限元分析.将靶板处理为具有材料各向异性和结构非均匀性;冲击引起的微损伤是各向异性的,造成材料的非线性;冲击造成的局部大变形,构成几何非线性.宏观损伤(包括层内基体开裂、纤维断裂和层间分层)在有限元分析中用节点分裂法处理.钢质弹丸假设是线弹性的,不考虑它在冲击过程中的损伤.计算结果表明,采用本文中提出的方法,能较好地模拟复合材料层合板受弹丸冲击时的损伤、变形过程.     

空气弹簧强度分析

应用复合材料理论，对空气弹簧的单层帘线橡胶的应力一应变关系及力学参数进行了计算．运用有限元方法对空气弹簧进行了应变分析，用所得到的数值结果，结合多层帘线橡胶的力学特性以及单层帘线橡胶的强度理论，对空气弹簧进行强度分析．计算结果表明，囊体的栽荷主要由帘线承受．     

多曲囊式空气弹簧非线性弹性特性研究*

[摘要]分析了多曲囊式空气弹簧的材料、几何和接触等非线性力学特性,提出采用非线性有限元研究空气弹簧非线性弹性特性的方法。根据有限元方法建立了空气弹簧的有限元分析模型,进行了有限元计算和试验研究,计算结果与试验结果吻合较好,验证了所采用的研究方法和分析模型的正确性和有效性。在此基础上,研究了充气压力、胶囊参数及附加气室容积对空气弹簧弹性特性的影响,结果表明：空气弹簧的承载能力和刚度随充气压力增加而增大;胶囊的帘线角和附加气室容积对空气弹簧弹性特性有较大的影响;帘线网格间距、帘线层间距、帘线层数及帘线材料对空气弹簧弹性特性影响不大。     

轮胎成型有限元仿真研究

研究了385/55R22.5HN809 全钢载重子午线轮胎的成型过程,并利用ABAQUS 软件,模拟了成型过程的主鼓部件贴合、辅助鼓部件贴合、半成品胎成型和花纹挤压成型4 个工况,得出了成品胎的材料分布图,接着将仿真得出的结构和实际轮胎的断面结构进行了对比分析,最后对胶料厚度的仿真结果进行了分析。结果表明:仿真结构和实际结构具有很好的一致性,可以为轮胎的结构设计和施工设计提供指导。模型中,采用广义Maxwell模型描述混炼胶的力学行为,采用Rebar模型模拟橡胶帘线复合材料。     

一种优化的柔性环动力学轮胎模型的研究与应用

提出了一种优化的柔性环轮胎有限元建模方法,该方法在传统的径向弹簧支撑的柔性环模型上优化了弹簧的数量并采用B21线性梁单元等效胎体的变形。该研究应用万能试验机对哑铃型轮胎橡胶片进行单轴拉伸试验,得到了应力-应变曲线,采用有限元仿真软件Abaqus对材料拉伸数据进行了超弹性和黏弹性评估拟合,在自由状态及载荷状态下对普通子午线轮胎柔性环模型进行了线性摄动模态分析,并提取了振型与固有频率。通过与Singlemodle分析结果的对比,验证了此建模方法的有效性和准确性。该研究还应用该模型预测了在动力学条件下,速度、载荷、胎压对轮胎固有频率影响的规律,为轮胎结构分析和设计提供了参考。     

Three-dimensional stress analysis of two-ply cord-rubber composite laminates

A three-dimensional finite element model was developed to predict the structural response of two-ply cord-rubber composite laminates. The present model treats a two-ply composite as an equivalent six-ply system with rubber and cord-rubber elements using 20-node isoparametric finite elements. The accuracy of the present model is demonstrated by comparing the results to the existing alternative solutions for linear analysis. The effects of different analyses, cord orientations, rubber material models and interply rubber thickness on interply stresses are presented for ± steel cord-rubber composite laminates. The presented results of interface and interply stresses, and interply strains across the width as well as through the thickness illustrate behavior of two-ply cord-rubber composites.     

A micromechanical analysis to predict the cord-rubber composite properties

Both three- and two-dimensional generalized plane strain finite element analyses based on a micromechanics approach were carried out to investigate the linear and nonlinear effective composite properties as well as the stress fields. A unit cell model of cord-rubber composite subjected to different loadings was studied to predict the effective composite properties. The numerical results of effective composite properties obtained from 2D and 3D finite element analyses were compared with experimental data and other finite element results available in the literature. The effects of rubber material nonlinearity and large deformation on the effective composite properties and interface stress distributions are presented and discussed.     

TORSIONAL STRESS ANALYSIS OF CORD-RUBBER COMPOSITE LAMINATES

SUMMARY

The structural response of two-ply cord-rubber composite laminates subjected to torsional loading is investigated using non-linear three-dimensional finite element analysis. The present model treats a two-ply composite as an equivalent three/six-ply system with rubber and cord-rubber elements. The present finite element model is validated by comparing the results obtained to the existing experimental and analytical solutions. The effects of torque and bias angle on twist angle, axial displacement, coupled strain ratio, and interply and interface shear stresses are presented. Also, the effects of interply thickness and rubber elasticity were studied. The presented results illustrate the torsional behaviour of two-ply cord-rubber composites from three-dimensional analysis.     

Baseline rolling resistance for tires’ on-road fuel efficiency using finite element modeling

Calculation of truck tires rolling resistance, using the finite element method and considering variables such as incompressible visco-hyperelastic rubber materials, accurate tire geometry and steady temperature distribution, is presented. The model was validated using experimentally measured contact area and contact stresses. Rolling resistance was calculated for three values of axle load, tire inflation pressure, temperature and speed. In addition, regression analysis was used to propose a mathematical expression for predicting rolling resistance as a function of the considered variables. Finally, the contribution of tire’s rubber components to the internal energy was quantified, and it was found that sidewall and subtread were the most relevant. The results of this study will help differentiate the contribution of pavement parameters, such as mean profile depth and international roughness index, to fuel efficiency.     

轮胎硫化过程的数值模拟技术

把轮胎硫化热传导作为轴对称问题处理,从用热流密度表示的轴对称问题的有热源的非稳态热传导方程出发,建立了复合材料轴对称结构热传导分析有限元列式,进而结合轮胎硫化生热机理及变化的轮胎硫化加温历程研制了一个较全面地考虑胎硫化过程复杂性的有限元分析软件。用该软件对某轮胎的硫化过程进行了仿真计算,得到了一系列的数值计算结果。可以看出这些数值计算结果是符合实际的。     

一种新型轮胎的设计与分析

 为了提高轮胎的防刺破、防爆胎和安全防弹性能,减轻重量,提出一种用于某型轮式特种车辆的无气轮胎,探索出一种新的轮胎设计方法.通过力学分析,建立了轮胎的结构模型,并利用有限元分析软件ANSYS对轮胎进行与地面的非线性大变形接触分析,获得车辆静态承载时车轮的受力与变形关系及应力分布情况,得到一些重要的设计参数,从而可以合理选材,改善胎体结构,优化设计方案.通过变形和接触力的关系得到轮胎的径向刚度曲线,为下一步的仿真分析提供重要的刚度参数.