工程翻新輪胎力學(xué)特性及性能補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理研究.pdf

1、工程翻新輪胎在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)胎面磨損加劇、崩花掉塊、胎面脫層，甚至出現(xiàn)被壓爆、刺爆的失效形式，目前研究主要通過改進(jìn)胎面膠配方設(shè)計(jì)、改善翻新工藝等方法探索解決上述問題，對(duì)工程翻新輪胎綜合力學(xué)性能研究相對(duì)較少，輪胎翻新時(shí)并未充分考慮輪胎的力學(xué)特性及使用工況，導(dǎo)致工程翻新輪胎質(zhì)量參差不齊，使用壽命低下。為此，本文以26.5R25工程翻新輪胎為基本研究對(duì)象，以提高使用性能為目的，構(gòu)建了工程翻新輪胎多元復(fù)合層型、力學(xué)模型及材料本構(gòu)模型，進(jìn)行了

2、工程翻新輪胎的力學(xué)特性有限元數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究，探討了常見失效形式下的工程翻新輪胎性能補(bǔ)強(qiáng)及機(jī)理，并應(yīng)用生命周期理論對(duì)性能補(bǔ)強(qiáng)下的工程翻新輪胎進(jìn)行了能量恢復(fù)效果及環(huán)境影響評(píng)價(jià)分析。
　　應(yīng)用自然平衡輪廓理論，分析并設(shè)計(jì)了以舊胎體層、緩沖層、胎面層為基本組成的工程翻新輪胎結(jié)構(gòu)及尺寸;通過理論分析及試驗(yàn)測(cè)試手段，構(gòu)建了工程翻新輪胎多元復(fù)合層型及復(fù)合層結(jié)構(gòu)下的力學(xué)模型、接觸模型;從材料層次角度，構(gòu)建了工程翻新輪胎各復(fù)合層本構(gòu)模型，對(duì)各復(fù)

3、合層的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系矩陣進(jìn)行了描述。
　　依據(jù)所構(gòu)建的理論模型，利用Pro/E WildFire及ANSYS Workbench軟件構(gòu)建了工程翻新輪胎多元復(fù)合層幾何模型和有限元分析模型;以試驗(yàn)測(cè)試并結(jié)合Gough-Tangorra公式、Ekvall公式獲取有限元分析所用材料參數(shù)為手段，分析了工程翻新輪胎自由充氣、自由旋轉(zhuǎn)及靜態(tài)接地工況下的變形特性、靜態(tài)接地特性，獲得了工程翻新輪胎載荷-變形、接地壓力、接地印痕形狀及接地面積等規(guī)律。

4、
　　獲得了工程翻新輪胎各復(fù)合層的應(yīng)力-應(yīng)變及剪切應(yīng)力-應(yīng)變規(guī)律，分析了各層相互作用的微觀力學(xué)機(jī)制;分析了輪輞約束及地面接觸約束兩種工況下工程翻新輪胎的振動(dòng)模態(tài)，獲得了工程翻新輪胎前20階固有頻率和固有振型;分析了不同速度及胎壓下，工程翻新輪胎各復(fù)合層及層間的穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)分布規(guī)律，探討了工程翻新輪胎的溫升特性。
　　建立了工程翻新輪胎變形特性、接地特性、穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)及胎面橡膠物理機(jī)械性能參數(shù)等試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，獲得了工程翻新輪胎變形

5、特性、接地壓力、接地印痕及穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)等分布規(guī)律，并與仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，驗(yàn)證了仿真模型的有效性;獲得了工程翻新輪胎及性能補(bǔ)強(qiáng)翻新輪胎橡膠材料物理機(jī)械性能參數(shù)，評(píng)價(jià)了工程翻新輪胎的使用性能。
　　仿真及試驗(yàn)結(jié)果表明:工程翻新輪胎比相同工況下同型號(hào)新輪胎徑向變形和側(cè)向變形均要小，舊胎體的橡膠老化程度對(duì)工程翻新輪胎的變形特性會(huì)產(chǎn)生較大影響;工程翻新輪胎胎體層及帶束層為主要承力層，二者的質(zhì)量好壞對(duì)工程翻新輪胎的承載特性會(huì)產(chǎn)生直接影響;

6、緩沖層與帶束層之間存在較大的剪切力;舊胎體胎肩內(nèi)側(cè)及翻新輪胎胎肩部位熱量集聚、溫度較高。
　　探討了胎面橡膠基體配方補(bǔ)強(qiáng)劑、胎面加增強(qiáng)體及胎體加增強(qiáng)體三種性能補(bǔ)強(qiáng)方式，通過試驗(yàn)對(duì)比分析，評(píng)價(jià)了不同補(bǔ)強(qiáng)方式下的使用性能及補(bǔ)強(qiáng)效果，探討了工程翻新輪胎性能補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理。研究表明:炭黑N151質(zhì)量份為40時(shí);炭黑N330質(zhì)量份為40、白炭黑質(zhì)量份為20時(shí);短切碳纖維長(zhǎng)度為6mm、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7％左右時(shí);短鋼絲纖維在長(zhǎng)度為5mm、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％

7、左右時(shí);以上幾種情況下，工程翻新輪胎胎面的耐磨性能及抗崩花掉塊性能補(bǔ)強(qiáng)效果較為理想。同時(shí)，利用廢舊子午線輪胎鋼絲對(duì)舊胎體進(jìn)行性能補(bǔ)強(qiáng)，工程翻新輪胎的承載、抗壓及抗刺爆能力獲得了有效提高。
　　構(gòu)建了基于生命周期分析的工程輪胎與工程翻新輪胎能量消耗模型及環(huán)境影響模型，對(duì)比分析了工程廢舊輪胎再利用階段中一次翻新、三種性能補(bǔ)強(qiáng)方式翻新、二次翻新、機(jī)械粉碎、低溫粉碎、燃燒分解、燃燒發(fā)電等處理方式的能量消耗及對(duì)環(huán)境的影響，得到了再利用階段幾