專利名稱：子午線輪胎成型過程的模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種子午線輪胎成型過程的模擬方法，該方法能實現(xiàn)子午線輪胎水胎 成型的計算機模擬。
背景技術(shù)：
在進行輪胎施工設(shè)計過程中，多使用基于經(jīng)驗的試錯方法來判斷部件結(jié)構(gòu)形狀和 尺寸是否合理，這種方法具有適用范圍窄、精度低和獲取信息量小等缺點。特別是對于復(fù)雜 結(jié)構(gòu)、新材料或新工藝的輪胎設(shè)計和制造，利用這種方法試驗次數(shù)增多且誤差很大，往往無 法取得理想結(jié)果，造成產(chǎn)品研發(fā)周期長，浪費巨大。近年來，計算機模擬在輪胎領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用，已經(jīng)成功地應(yīng)用與輪胎的性能 分析、硫化分析、溫度場分析等方面。中國專利公開號為CN101211385A的專利文獻(xiàn)公開 了輪胎性能有限元分析模型的建模方法和模擬方法；日本專利申請?zhí)朜os. 2003-127622、 2004-20229,2004-322971 和 2002-67636，以及中國專利公開號為 CN101639409A 的專 利文獻(xiàn)公開了用計算機模擬輪胎滾動的各種方法；中國專利公開號為CN101432115A和 CN101563199A的專利文獻(xiàn)公開了輪胎硫化模擬方法。然而，至今沒有輪胎成型過程模擬的 相關(guān)研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種子午線輪胎成型過程的模擬方法，主要根據(jù)輪胎在 成型鼓上的工藝流程和方法，對成型設(shè)備和工藝步驟進行有限元模擬分析模型簡化，提供 各工藝步驟的有限元模擬方法，實現(xiàn)輪胎成型過程中的胎體部分部件貼合、胎冠部分部件 貼合、三角翻轉(zhuǎn)、充氣、胎側(cè)翻轉(zhuǎn)貼合等工藝流程模擬分析。本發(fā)明的模擬子午線輪胎成型過程包括如下步驟(1)通過使用具有至少一個彈性元的有限元模型來建立輪胎施工部件模型，用于 數(shù)值計算；(2)將輪胎成型過程分成三角膠部件翻轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、胎冠部件貼合子系統(tǒng)和胎體部 件貼合子系統(tǒng)3個子系統(tǒng)并分別進行成型模擬；(3)將3個子系統(tǒng)模型分別安裝在成型鼓上，模擬輪胎在成型轂上成型組裝過程； 獲取至少一個與所述輪胎成型相關(guān)的物理參數(shù)。本發(fā)明中將輪胎成型過程分成三角膠部件翻轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、胎冠部件貼合子系統(tǒng)和胎 體部件貼合子系統(tǒng)3個子系統(tǒng)并分別進行成型模擬。所述3個子系統(tǒng)部件模型具有多種橡 膠模型以及簾線-橡膠復(fù)合材料模型構(gòu)成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。所述橡膠模型物理性能是粘塑性本構(gòu)，至少包括彈性模量、泊松比和屈服極限。所述簾線-橡膠復(fù)合材料模型中的簾線部分使用REBAR模型來描述。所述子系統(tǒng)成型過程還包括三角膠部件翻轉(zhuǎn)過程、胎冠部件貼合過程和胎體部件 貼合過程。
所述成型組裝過程包括基于子系統(tǒng)成型模擬結(jié)果來完成充氣和胎側(cè)翻轉(zhuǎn)的模擬。本發(fā)明方法具有應(yīng)用范圍廣、精度高和信息量大等優(yōu)點，能夠克服傳統(tǒng)方法的缺 陷，有效地預(yù)測成型前后輪胎的總體性能和指導(dǎo)施工設(shè)計(口型設(shè)計和工況設(shè)計)，使輪胎 產(chǎn)品誤差最小化，從而減少輪胎試制次數(shù)，縮短輪胎研發(fā)周期，降低輪胎研發(fā)成本。


圖1為本發(fā)明的模擬方法的步驟和實施流程圖；圖2為待模擬輪胎胎體部子模型的剖面圖；圖3為待模擬輪胎胎冠部子模型的剖面圖；圖4為待模擬輪胎三角膠部子模型的剖面圖；圖5為待模擬輪胎成型子系統(tǒng)模型的的剖面圖；圖6為輪胎成型充氣的模擬結(jié)果；圖7為輪胎成型胎側(cè)翻邊的模擬結(jié)果；其中，1-主成型轂?zāi)Ｐ停?-胎側(cè)膠部分，3-型膠部分，4-耐磨膠部分，5-加強層部 分，6-內(nèi)襯層部分，7-胎體部分，8-胎肩下墊膠部分，9-副成型轂，10-膠條部分，11-胎肩 上墊膠部分，12-2號帶束層，13-1號帶束層，14-0號帶束層，15-3號帶束層，16-胎冠部分， 17-成型推塊，18-硬三角膠部分，19-膠片部分，20-軟三角膠部分，21-鋼絲圈部分
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種子午線輪胎成型過程的模擬方法。圖1為根據(jù)本發(fā)明的子午 線輪胎成型過程模擬實施流程圖。在本實施方式中，首先一個步驟Si是，采用有限元法在 相應(yīng)成型轂子午面上布置至少一個有限元模型E (三個子系統(tǒng)，即胎側(cè)部、胎冠部和三角膠 部)，以模擬子系統(tǒng)模型和相應(yīng)成型設(shè)備模型。對于有限元模型E，優(yōu)先使用軸對稱四邊形單元和三角形單元簡化橡膠部分，優(yōu)先 使用軸對稱面單元嵌入REBAR單元簡化簾線部分，優(yōu)先使用軸對稱剛性單元簡化相應(yīng)成型 轂部分。根據(jù)有限元理論，為每個有限元模型E確定用該方法表示的橡膠的物理性能(如 彈性模量、屈服極限和泊松比)以及簾線的物理性能(如彈性模量、泊松比、簾線角度、間距 和截面積)。圖2顯示胎體部模型和主成型轂?zāi)Ｐ?在子午面上的截面圖。胎體部還包括首先 貼緊在成型轂上的胎側(cè)膠部分2和耐磨膠部分4、一塊與胎側(cè)膠部分和耐磨膠部分相連的 型膠部分3、隨后依次貼合的內(nèi)襯層部分6、加強層部分5和胎體部分7、以及最后貼合的胎 肩下墊膠部分8。圖3顯示胎冠部和副成型轂9在子午面上的截面圖。胎冠部還包括依次貼合的帶 束層部分12、13、14和15、膠條部分10、胎肩上墊膠部分11和胎冠部分16。圖4顯示三角膠部和成型推塊17在子午面上的截面圖。三角膠部還包括固定在 成型機器上的鋼絲圈部分21、以及與成型推塊相接觸的硬三角膠部分18、軟三角膠部分20 和膠片部分19。隨后，分別為本發(fā)明的實施例中的胎體部_主成型轂、胎冠部_副成型轂、以及三 角膠部_成型推塊設(shè)置各種邊界條件。邊界條件包括貼合壓力、子系統(tǒng)_成型設(shè)備內(nèi)壓力、
4滾壓載荷、以及橡膠_成型設(shè)備和橡膠_橡膠之間的摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)取決實際工況。然后，與相應(yīng)成型轂?zāi)Ｐ徒佑|的子模型的變形模擬被進行(S3)。在上述模擬過程 中，根據(jù)結(jié)構(gòu)的對稱性，只模擬一半輪胎且使用軸對稱模型。至于用于設(shè)置有限元模型中的 邊界條件并計算各個物理量參數(shù)的方法和步驟，可參考眾所周知的例子。上述計算機系統(tǒng) 用一般的分析程序(例如，一般的隱式解法(implicit analysis)軟件“ABAQU”)計算。圖5是用以說明通過模擬而獲得的子模型變形的截面圖。該圖是將存儲的胎冠部 和三角膠部的變形信息(S4)放入胎側(cè)部子系統(tǒng)中，用于模擬成型組裝模型(S5)。在步驟S6中，邊界條件包括滾壓力、沖氣壓力、翻邊載荷、以及橡膠_成型設(shè)備和 橡膠-橡膠之間的摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)取決實際工況。用于成型組裝過程模擬(S7)。在步驟S8中，由成型過程的模擬獲取所需的物理參數(shù)。例如，水胎的最終材料分 布圖、部件的變形情況、應(yīng)力、應(yīng)變、位移，這些數(shù)據(jù)可以實時輸出。本實施例分析結(jié)果如圖6和圖7，圖6為實施例輪胎的成型充氣模擬的變形結(jié)果； 圖7為實施例輪胎的胎側(cè)翻邊模擬的變形結(jié)果，即為水胎的材料分布圖。
權(quán)利要求
一種子午線輪胎成型過程的模擬方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟(1)通過使用具有至少一個彈性元的有限元模型來建立輪胎施工部件模型，用于數(shù)值計算；(2)將輪胎成型過程分成三角膠部件翻轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、胎冠部件貼合子系統(tǒng)和胎體部件貼合子系統(tǒng)3個子系統(tǒng)并分別進行成型模擬；(3)將3個子系統(tǒng)模型分別安裝在成型鼓上，模擬輪胎在成型轂上成型組裝過程；獲取至少一個與所述輪胎成型相關(guān)的物理參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的子午線輪胎成型過程的模擬方法，其特征在于，步驟(2)中模擬 的3個子系統(tǒng)部件模型具有多種橡膠模型以及簾線_橡膠復(fù)合材料模型構(gòu)成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的子午線輪胎成型過程的模擬方法，其特征在于，所述橡膠模型 物理性能是粘塑性本構(gòu)。
4.如權(quán)利要求2所述的子午線輪胎成型過程的模擬方法，其特征在于，所述簾線_橡膠 復(fù)合材料模型中的簾線部分使用REBAR模型來描述。
5.如權(quán)利要求1所述的子午線輪胎成型過程的模擬方法，其特征在于，步驟(3)中所述 成型組裝過程還包括基于子系統(tǒng)成型模擬結(jié)果來完成充氣和胎側(cè)翻轉(zhuǎn)的模擬。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種子午線輪胎成型過程的模擬方法，該方法包括如下步驟通過使用具有至少一個彈性元的有限元來模擬輪胎施工部件模型(步驟S1)，用于數(shù)值計算；模擬子系統(tǒng)成型過程(S3)；模擬輪胎在成型轂上成型組裝過程(S7)；獲取至少一個與所述輪胎成型相關(guān)的物理參數(shù)(S8)。本發(fā)明方法具有應(yīng)用范圍廣、精度高和信息量大等優(yōu)點，能夠克服傳統(tǒng)方法的缺陷，有效地預(yù)測成型前后輪胎的總體性能和指導(dǎo)施工設(shè)計(口型設(shè)計和工況設(shè)計)，使輪胎產(chǎn)品誤差最小化，從而減少輪胎試制次數(shù)，縮短輪胎研發(fā)周期，降低輪胎研發(fā)成本。
文檔編號G06F17/50GK101923589SQ201010249638
公開日2010年12月22日 申請日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月10日
發(fā)明者馮耀嶺, 安登峰, 應(yīng)世洲, 張建, 朱美林, 杜小偉, 王國林 申請人:江蘇大學(xué)