[发明专利]一种子午线轮胎半成品部件设计方法

摘要

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。

主权项

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；具体的：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，在胎面(6)内侧设置一平面刚体(5)，刚体(5)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，将胎面(6)逆向成型到刚体(5)平面上，逆向仿真得到胎面(6)胶半成品部件的形状，即将胎面(6)形状还原为轮胎(1)半成品部件形状；若考虑胎面(6)的花纹，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；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，将三角胶压到其绕胎圈(8)翻转前的位置，对三角胶形状进行修整，得到三角胶半成品部件形状；具体的，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，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，对部件形状修整，得到的半成品部件；(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。