[发明专利]一种橡胶磨耗量的表征方法

权利要求书

1.一种橡胶磨耗量的表征方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：利用磨耗试验机进行橡胶的磨耗测试，构建橡胶磨耗的有限元模型，计算摩擦能，实验数据回归分析得到磨耗的摩擦能函数

A_E＝C_EE^m

式中，A_E为磨损质量，C_E为材料常数，E为摩擦能，m为幂指数；

步骤二：利用变温磨耗测试装置进行橡胶的变温磨耗测试，实验数据拟合得到表达橡胶磨耗与温度之间的关系的二次多项式

A_T＝aT²+bT+C

式中，A_T为磨损质量，T为橡胶轮温度，a、b、c为系数；

步骤三：引入中间变量，令常温T₀、恒定速度V₀下的参考磨耗量为A₀，E₀为其对应的摩擦能，对步骤一及步骤二的公式进行整合和公式推导得到

A＝C_mE^m(a₁T²+a₂T+a₃)

式中，A为磨损质量，C_m，a₁、a₂、a₃为常数，其数值与橡胶材料配方和使用工况相关。

2.根据权利要求1所述的橡胶磨耗量的表征方法，其特征在于，所述步骤一利用磨耗试验机进行橡胶的磨耗测试的具体方法为：采用LAT100磨耗试验机，对橡胶轮设定一定角度和负载，转盘带动橡胶轮按设定速度转动，红外扫描和测力传感器可以测试橡胶轮的纵向力、侧向力和表面温度，通过橡胶轮磨耗前后的质量差获得磨耗量。

3.根据权利要求1所述的橡胶磨耗量的表征方法，其特征在于，所述步骤一构建橡胶磨耗的有限元模型的具体方法为：基于ABAQUS建立胶轮磨耗有限元模型，橡胶本构模型为线弹性，单元类型为CAX4R，每一截面单元数829，共74个截面，单元总数61346个，接触面砂轮盘为刚体，与胶轮的摩擦系数为0.40，磨损盘以角速度ω转动，带动胶轮旋转，负荷施加在胶轮中心。

4.根据权利要求3所述的橡胶磨耗量的表征方法，其特征在于，所述步骤一摩擦能由以下方法得到：

由模拟计算得到橡胶轮与磨损盘接触面内每个接触单元在平面内的纵向和横向两个剪切力分量，其表达式为

(i＝1，2；1代表纵向，2代表横向)

式中，τ为剪切力，τ_eq＝μp，τ_eq为摩擦应力，μ为摩擦系数，P为接触法向力；为切向滑移速度；

每个单元摩擦能的计算公式则表达为

橡胶轮每旋转一周总的摩擦能的计算公式为

式中，w_i为接地各个单元的摩擦能，L为橡胶轮的周长，n为某一时刻接地单元的总数量；S＝0.5πφ²δ，Φ、δ、S分别为橡胶轮的直径、厚度、接地面积。

5.根据权利要求1所述的橡胶磨耗量的表征方法，其特征在于，所述步骤二利用变温磨耗测试装置进行橡胶的变温磨耗测试的具体方法为：在胶轮上附加热电阻丝对橡胶轮进行加热，热电偶测量橡胶轮的加热温度并由温控仪表控制加热温度；在磨耗机上设置自动撒砂装置，减少人工撒砂带来的误差；磨耗橡胶条试样和胶轮采用低温硫化粘贴，以防止高温下胶料与支撑胶轮的滑脱。

6.根据权利要求1所述的橡胶磨耗量的表征方法，其特征在于，所述步骤三公式推导过程为：令常温T₀、恒定速度V₀下的参考磨耗量为A₀，E₀为其对应的摩擦能，步骤一磨耗量对摩擦能的关系表达式写为

式中，A_rel为参考磨损质量；

同理，步骤二磨耗量与温度关系的相对表达式写为

式中，K_rel为参考系数,A_T、A_T0分别是温度为T、T₀时的磨损质量；

考虑温度影响的橡胶磨耗模型表达式为

A＝A_relK_rel＝C_mE^m(a₁T²+a₂T+a₃)

将上式写成有限元节点的形式，则用于轮胎有限元力学分析的磨耗热力耦合模型表示为A_ij＝＝C_mE_ij^m(a₁T_ij²+a₂T_ij+a₃)

式中，A_ij、E_ij、T_ij分别为各个单元节点的磨耗量、摩擦能和温度，i、j为单元节点编号，i、j＝1,2,3……；m为幂指数，C_m，a₁、a₂、a₃为常数。