全钢子午线轮胎温度场仿真研究
                                          熊春明1，臧孟炎1，晏〓宁2
                             (1.华南理工大学机械与汽车工程学院，广东 广州〓510640)
                                (2.万力轮胎股份有限公司，广东 广州〓511400)
    针对轮胎运动过程中的生热问题，建立295/80R22.5型全钢子午线轮胎温度场有限元模型。使用ABAQUS的稳态传输功能，分析轮胎在80km/h速度下的稳态滚动，获得轮胎模型中各单元的应力应变；使用MATLAB编写程序计算橡胶单元生热率，编写ABAQUS用户子程序为轮胎温度场模型定义热源；为温度场模型定义热边界条件，仿真计算轮胎温度场。结果表明：在80km/h工况下，295/80R22.5型全钢子午线轮胎的胎面和胎侧温度与实验结果基本一致；仿真结果得出高温区域出现在胎面和胎肩部位，适当增加2号带束层和3号带束层间带束胶的厚度能降低轮胎最高温度。

   车辆行驶过程中，轮胎受交变载荷作用。由于橡胶材料存在弹性迟滞效应，从而产生大量的热，导致轮胎温度升高。温度升高使得橡胶材料软化，轮胎刚度变低，变形增大，能量损耗增加；同时，温度过高，橡胶材料会发生化学老化与过热破坏，加快轮胎的疲劳破坏，导致轮胎过早发生疲劳失效。因此，全钢子午线轮胎的温度场问题受到国内外学者和轮胎企业的重视。
    传统的实验方法是研究轮胎温度场的重要手段。随着计算机性能的提高，仿真分析软件的不断完善，有限元方法越来越多地用于轮胎温度场的研究。EBBOTT等将轮胎与外界的热交换定义为热对流，使用固定热对流系数的方法对光面轮胎温度场进行预测。吴福麒使用非中心对称的局部线性化模型对胶料的损耗特性进行表征，并将光滑凸旋转曲面的对流换热关系用于研究轮胎换热系数，研究了滚动轮胎温度场。王学瑞等使用专用有限元软件TYSYS研究了额定负荷及超负荷条件下的轮胎温度场。
    轮胎温度场非常复杂，主要表现在以下2个方面： 1）轮胎的温升问题涉及复杂的热力耦合过程；2）滚动轮胎表面的热边界条件难以确定。本文以轮胎温度场的单向解耦思想为理论基础，以295/80R22.5型全钢子午线轮胎为研究对象，以ABAQUS软件为工具，建立了轮胎温度场分析模型。复杂的热力耦合过程由3个部分构成：稳态滚动分析、生热率计算和热传导分析。热边界条件使用反演法进行确定，即根据实验测试所得的温度值，不断调整换热系数，直到轮胎表面温度的仿真值和实验值基本一致。前人所做的工作中，多使用常温下的损耗因子，没有考虑到损耗因子会随温度的改变而变化。本文根据仿真分析得到的温度结果，将最初使用的损耗因子更新为仿真模型中对应位置温度下的损耗因子，对温度结果进行迭代，最后得到轮胎温度场。

1〓建立温度场仿真模型
    温度场的建模过程主要分为3个部分：建立3D轮胎有限元模型、计算生热率和分析热传导。具体过程为：首先从有限元模型中输出轮胎各位置的应力应变，然后以应力应变为基础计算各单元生热率，最后将生热率导入热传导模型中，添加热边界条件，得到轮胎温度场模型，如图1所示。

1.1〓轮胎三维有限元模型
   全钢子午线轮胎多用于大型客车，主要由胎面、胎侧、胎圈及胎体组成。轮胎主要由具有超弹


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作者简介：熊春明(1992—)，男，重庆人，华南理工大学硕士研究生，主要从事汽车CAE方向的研究。


（文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289）

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