[发明专利]一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法

说明书

技术领域

本发明属于轮胎性能评价领域，尤其是一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法。

背景技术

子午线轮胎的耐久性能直接关系到生产者、消费者的经济利益和生命财产安全，同时也是节能环保的一大课题，通常在转鼓试验台上按照经验性标准执行轮胎疲劳破坏试验以了解和评价轮胎耐久性能，但单一依靠试验既不能全面评价轮胎耐久性能，又无法在轮胎结构材料设计阶段给予足够的指导，而且试验的时间和经济成本很高，因此提出一种合理的轮胎疲劳寿命评价及预测方法具有重要的意义。

国内外目前主要采用应变能密度作为轮胎疲劳寿命及结构优化的评价指标，并建立轮胎寿命与应变能密度之间的半经验公式，然而该方法无法预测裂纹方向，且半经验公式忽略结构差异，实用性不高；KIM T W等基于断裂能密度或应变能释放率，采用虚拟裂纹闭合技术，在裂纹扩展方向判别方面取得精确度较高的结果，这种方法需要设置初始裂纹且难度和工作量大；SOUTH采用S-N试验曲线和FEA研究了两层含帘线的橡胶复合材料层间裂纹的生成和扩展，预测其疲劳寿命，由于获取轮胎S-N疲劳寿命曲线的试验周期长、成本高，大大地限制了S-N曲线在轮胎疲劳寿命预测中的应用。因此，在轮胎疲劳破坏形式和寿命预测方面还需进一步探索合适的物理量和评价方法。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法，结合有限元方法、数值分析方法和疲劳试验等，实现对轮胎疲劳破坏形式和寿命的有效预测。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法，包括如下步骤：

(1)有限元模型的建立：

截取轮胎的轮胎断面，所述轮胎断面经打磨处理、扫描后导入CAD，描绘出所述轮胎断面的所有部分，得到几何模型；采用Hypermesh软件对几何模型网格划分，建立有限元模型；

(2)有限元模型的计算及耐久工况仿真：

采用Abaqus软件对所述有限元模型分析、计算，进行耐久工况仿真；所述耐久工况仿真中静态加载工况的气压、载荷条件均与所述轮胎进行疲劳试验时的气压、载荷相同；

(3)应变能密度梯度的计算及绘制应变能密度梯度二维矢量图：

从所述有限元模型计算结果中选取不同接地中心断面的节点坐标以及相对应的应变能密度，通过MATLAB编程调用函数语句进行插值计算，得到节点坐标的应变能密度梯度，以此绘制相应接地中心断面应变能密度梯度二维矢量图；

(4)评价及预测轮胎寿命：

从各个接地中心断面所得到的应变能密度梯度二维矢量图中即可比较、确定出应变能梯度模最大值、其方向和区域；则所述应变能梯度模最大值与所述轮胎的疲劳寿命成反比；所述应变能梯度模最大值的方向对应所述轮胎的裂纹方向；所述应变能梯度模最大值的区域对应所述轮胎的破坏区域。

进一步的，步骤(1)中所述有限元模型在294000-298000个单元之间，315000-319000个节点之间。

进一步的，步骤(2)中所述有限元模型分析、计算过程中各参数如下：橡胶材料的本构模型为Yeoh模型，轮胎橡胶部分选用CGAX3H和CGAX4H单元模拟，橡胶-帘线部分选用SFMGAX1单元模拟，轮辋和路面定义为解析刚体。

进一步的，步骤(3)中所述接地中心断面选取为左胎肩、右胎肩、左胎圈和右胎圈。

进一步的，步骤(3)中所述插值算法为克里格法，所述MATLAB编程的网格间隙为0.2mm。

进一步的，步骤(4)中所述应变能梯度模最大值与所述轮胎疲劳寿命的关系式为：y＝-104ln(x)+302.51。

本发明的有益效果：

(1)本发明所述的轮胎疲劳寿命评价及预测方法采用应变能梯度模这一参数作为评价和预测轮胎疲劳寿命的指标，通过建立有限元模型，对有限元模型分析、计算，并采用MATLAB插值计算得到应变能密度梯度二维矢量图，进而得到应变能梯度模的最大值、方向和区域，由此得出轮胎的疲劳寿命、裂纹方向和破坏区域；因而能够在轮胎结构材料设计初始阶段给予足够的指导。

(2)本发明所述的轮胎疲劳寿命评价及预测方法所需周期短、成本低且预测精度较高，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明所述轮胎疲劳寿命评价及预测方法的流程图。

图2为实施例中轮胎断面的三维有限元模型。

图3为左胎肩应变能密度梯度二维矢量图。

图4为右胎肩应变能密度梯度二维矢量图。

图5为左胎圈应变能密度梯度二维矢量图。