基于有限元分析技术的轮胎胶料动态力学特性研究
胶料测试是轮胎胶料制作的必要前提之一。常用的轮胎胶料测试方法有单轴拉伸测试、单轴压缩测试、平面剪切测试、等双轴拉伸测试等，上述测试手段存在不能准确预测轮胎胶料在动态载荷下的性能等弊端。因此，国际上大部分领先的轮胎制造厂商都将动态热机械分析仪作为轮胎质量，特别是轮胎胶料性能的主要预估手段之一。动态热机械分析仪具有测试频率范围宽，测试数据可靠，测试周期短等优越性能。 本文基于动态热机械分析仪和ABAQUS有限元分析软件对轮胎胶料动态力学特性进行研究，分析在动态载荷下胶料超弹特性的影响因素，以确定胶料超弹特性测试方案;对比动态剪切载荷下不同超弹力学模型参数对测试数据预测的准确性，并优选出指定载荷下预测准确性较高的模型。基于胶料粘弹特性，分析动态剪切载荷条件下粘弹测试的影响因素，以确定胶料粘弹特性测试方案，并依据测试结果构建出粘弹主曲线;通过不同参数设定情况的分析，采用MATLAB软件计算出胶料粘弹力学参数。主要研究成果如下: (1)优选出动态剪切载荷下对测试数据预测准确性更高的超弹力学模型。基于胶料动态热机械分析仪的应力/应变测量模式，分析测试的影响因素，从而确定胶料超弹测试方案;在分析橡胶材料超弹特性的基础上，依据超弹力学本构模型和载荷形式的匹配以确定超弹力学参数计算公式，并通过MATLAB软件分析力学计算公式对动态剪切测试数据预测的准确性，依据准确性的比较与分析，优选出动态剪切载荷下胶料超弹性参数计算模型。 (2)设计胶料粘弹特性测试方案以构建粘弹主曲线。在设计测试方案的过程中，重点讨论了频率、温度对测试结果的影响。分析发现，当温度升高时，模量测试结果随之降低，且温度间隔设置得越小，模量曲线越光滑;当频率数值增大时，模量的整体走势上升;从模量曲线的下降幅度上看，在低温区升高相同的温度一般比在高温区时复合模量曲线下降幅度大，且不同的温度间隔对粘弹主曲线的精度存在一定的影响，依据上述分析确定胶料的粘弹测试方案。通过不同移位因子计算方法的分析，最终确定用于计算粘弹力学参数的粘弹主曲线。 (3)基于MATLAB软件和动态剪切测试数据的胶料粘弹参数分析。选用适用于有限元分析的粘弹力学模型，并采用最小二乘法构建目标函数，从而对胶料动态粘弹参数进行求解，重点分析了松弛时间序列、运动单元数目以及测试所设置频率条件对计算结果的影响，结果表明:第一种松弛时间序列下，控制松弛时间范围相同，运动单元数目增多，松弛模量有所下降;第二种松弛序列下，当运动单元数目增多时，松弛模量随着松弛时间的下降速度逐渐变缓，起始数值也依次下降。此外，综合第一、二种松弛时间序列下的粘弹参数计算结果，当运动单元数目增多时，两种松弛时间序列下的计算结果一致性越好。当选用第二种松弛时间序列计算胶料粘弹参数时，运动单元数目至少取9才可较为准确地描述材料的性能。当测试条件的频率范围是1～60Hz时，曲线的走势最为符合粘弹参数的一般变化规律。最终将计算所得出的胶料粘弹和超弹力学参数用于仿真分析，展示了研究内容的应用性。
轮胎胶料;粘弹特性;力学特性;动态热机械分析仪
北京化工大学
硕士
机械工程
贺建芸
2016
中文
TQ336.1;TQ330.387
97
2017-01-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）