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轮胎在高速的行驶过程中各部位产生很大的应力应变,行驶速度越高,轮胎在单位时间内与地面的接触次数越多,摩擦越频繁,而产生的应力应变以高达每秒数十次的频率交替改变着,导致轮胎疲劳,而疲劳又将导致轮胎生热和温升更快,这不仅影响轮胎的使用性能,而且对汽车的油耗也有很大的影响。为此,就必须了解轮胎在行驶,特别是在夏季高速行驶的过程中,轮胎内部温度场的变化规律,找出轮胎温升的影响因素,并在此基础上,根据所表征的轮胎温度场变化趋势,对轮胎的结构设计及胶料配方设计提出合理的改进方法。里程试验中采用非接触法测得轮胎的温度场,从中发现:负荷对轮胎温度影响很大,负荷越大,由滞后能量损失引起的热量也增加,从而导致轮胎内侧温度升高的更快,尤其在PU(聚氨酯)和橡胶接触层位置,且负荷大的轮胎的最终损坏温度值也比较高。
本文利用有限元应用软件ANSYS的稳态分析模块,建立了轮胎滚动条件下的温度场预测模型,并通过对广州某公司开发的型号10.00R20PU(聚氨酯)复合轮胎的测温实验,证实了该模型能够比较准确的反映PU轮胎在实际使用过程中的内部温度场变化规律。由预测模型发现PU复合轮胎的最高温度是在PU(聚氨酯)与橡胶基胎体接触层处和胎肩处。通过比较变负荷,变速度对轮胎温度场的影响,发现随着速度的增大,接触层内的温度随之上升。随着负荷的增加,接触层内的温度随之升高,但升高幅度较小。轮胎的主要破坏形式是热破坏、疲劳破坏和机械破坏,本文通过对轮胎的变形分析和生热机理的研究,探讨了滚动轮胎温升机理。滚动轮胎的生热主要是因为轮胎材料的粘弹性,使应变滞后于应力,产生了滞后损失,又由于轮胎材料的不良导热性,使能量聚集在轮胎的内部,当热量聚集到一定程度从而导致轮胎的损坏、甚至爆胎。并进一步讨论了热破坏、疲劳破坏和机械破坏这三者之间的相互影响作用。轮胎的疲劳寿命跟温度有着强烈的依存关系,本文利用断裂力学理论来预测PU轮胎的使用寿命,并对经验公式进行了修正,用修正后的经验公式对轮胎寿命进行验证,结果表明,经验公式可以比较准确的预估实心轮胎的寿命。