基于ANSYS的工程车辆翻新轮胎振动模态有限元分析

工程翻新轮胎在使用过程中会有无数个振动,但一些频率较低的振动将会对其失效破坏产生较大影响,如果轮胎在100Hz以下共振,将会产生较大破坏。因此,分析工程翻新轮胎低阶振动频率及振型对实际应用的意义较大。构建工程车辆翻新轮胎的计算机几何模型、接触对模型、有限元分析模型,采用Lanczos法对工程翻新轮胎进行模态分析,数值模拟分析轮辋约束及地面接触约束两种工况下的前20阶固有频率和振型。得出以下结论:轮辋约束工况下,1、2、5、6、9、10、15、16、17阶振型为圆形,3、4、7、8、18、19、20阶振型为椭圆形,11、12阶振型为三角形,13、14阶振型为四边形,其中2~5阶、11~20阶振型的变化幅度较大;静态接地工况下,1、2、3、4、5、6、9、10、13、14、20阶振型为圆形,7、8阶振型为椭圆形,11、12阶振型为三角形,15、16阶振型为四边形,17、18、19阶振型为五边形,其中3~5阶的振型变化幅度较大。研究成果可为工程翻新轮胎的结构设计、使用性能及动力性能、失效机理分析提供重要理论指导。

基于生命周期的工程翻新轮胎碳排放分析与评价

构建了基于生命周期分析的工程翻新轮胎碳排放模型,提出了工程翻新轮胎生产阶段、运输阶段、使用阶段和再利用4个阶段碳排放的理论计算模型及计算方法,提出了工程翻新轮胎净碳盈余、碳削减模型及碳削减率等碳排放评价指标,定量分析了工程翻新轮胎生产阶段、运输阶段及使用阶段的碳排放清单,分析了二次翻新、燃烧分解、机械粉碎、燃烧发电、低温粉碎等5种典型再利用阶段的碳排放-削减清单,并进行了各阶段的碳排放对比分析及评价.结果表明:工程翻新轮胎生产阶段的碳排放最大,运输阶段的碳排放最小,二次翻新的碳排放削减效果最好,燃烧分解、低温粉碎的碳排放削减效果最差.

碳纤维增强体对工程车辆翻新轮胎胎面橡胶的性能影响

为了有效解决工程车辆翻新轮胎在作业过程中经常出现崩花掉块、易被刺扎和磨耗快等问题,进一步提高翻新轮胎使用寿命,以工程翻新轮胎胎面橡胶为基体,碳纤维作为增强材料,考察了黏合体系及混炼工艺对碳纤维与胎面橡胶之间黏合性能的影响,利用电子显微镜对碳纤维与胎面胶界面的黏合状态进行了观察和分析,并通过拉伸强度、撕裂强度、弹性模量、拉断伸长率、回弹性、硬度和磨耗指数等性能对比试验,获得了不同长度、不同质量分数的碳纤维增强材料对工程车辆翻新轮胎胎面的性能影响规律.试验结果表明:当碳纤维长度约为6 mm、质量分数约为7%时,对工程翻新轮胎胎面橡胶的增强效果较为理想,主要物理机械性能指标良好,工程车辆翻新轮胎的使用寿命大大提高.

翻新工程机械轮胎生命周期的能量分析与评价

构建基于生命周期分析的翻新工程机械轮胎能量消耗模型,提出翻新工程机械轮胎生产阶段、运输阶段、使用阶段和再利用阶段能量消耗的理论计算模型和计算方法以及二次翻新、机械粉碎、低温粉碎、燃烧分解、燃烧发电5种典型再利用方式的能量替代模型和能量评价指标,确定翻新工程机械轮胎生命周期的能量分析清单,定量分析翻新工程机械轮胎生命周期各个阶段的能量消耗量,获得翻新工程机械轮胎5种典型再利用阶段的能量恢复率,并进行各阶段的能量消耗分析及能量评价。翻新工程机械轮胎生产阶段的能耗最大,运输阶段的能耗最小,翻新工程机械轮胎二次翻新的能量回收效果最理想。

工程车辆翻新轮胎各层应力数值模拟分析

为了深入了解工程翻新轮胎在使用中出现的胎面磨损加剧、崩花掉块、胎面脱层、被压爆、刺爆的失效形式,构建了工程车辆翻新轮胎计算机几何模型、与地面接触模型、有限元模型,数值模拟分析了胎面层、缓冲层、带束层、胎体层、胎侧层、趾口胶层等各层的应力及剪应力分布状况,获得了如下主要结论:工程翻新轮胎的带束层所受应力最大,胎体层次之,带束层与胎体层应力分布规律相近,胎面层和缓冲层所受应力相对较小;带束层所受剪切应力最大,其次为胎体层,缓冲层的剪切应力较胎面层稍大,而缓冲层剪切力与带束层剪切力相差较大,二者存在较大梯度。研究成果可为工程翻新轮胎的结构设计、使用性能及动力性能、失效机理分析提供理论指导。

基于ANSYS Workbench软件的翻新工程机械轮胎温度场分析

利用Creo和ANSYS Workbench软件分别建立翻新工程机械轮胎几何模型和有限元分析模型,确定稳态温度场有限元分析的边界条件,构建稳态温度场测试系统,获得胎面层、缓冲层、带束层、胎体层、胎侧层、胎趾层沿轮胎宽度方向和径向的温度分布和热通量分布特性。试验结果和仿真结果均表明:胎体层两侧胎肩部位温度较高,带束层、缓冲层和胎面层两侧胎肩部位温度较低;随着行驶速度的增大,轮胎内腔温度升高,其中胎面层和缓冲层的温升幅度较大;胎面层、缓冲层和带束层两侧胎肩部位以及胎侧层与胎体层界面、胎趾层与胎体层界面热通量较大。

翻新工程机械轮胎胎面胶补强剂的研究

在26.5R25翻新工程机械轮胎胎面胶配方中添加炭黑和白炭黑,研究其对胎面胶的补强效果。结果表明:单一品种炭黑补强胎面胶时,炭黑N151用量为40份时补强效果较佳;炭黑N330与其他品种炭黑并用补强胎面胶时,炭黑N330用量为40份、其他品种炭黑用量为20份时补强效果较佳;炭黑N330与白炭黑并用补强胎面胶时,炭黑N330用量为40份、白炭黑用量为20份时补强效果较为理想,胎面胶的耐磨性能和抗崩花掉块性能均提高;炭黑补强胎面胶机理可应用分子链滑动理论解释,胎面胶中炭黑含量有最佳值,橡胶分子链与炭黑颗粒之间的有效融合吸附阻止了橡胶分子链发生形变和拉伸,从而对橡胶起到补强作用。

工程翻新轮胎多元复合层型及力学模型的构建

为进一步提高工程翻新轮胎的使用性能和奠定理论基础,以26.5R25全钢工程子午线翻新轮胎为研究对象,分析并设计了翻新轮胎的基本结构及尺寸,依据复合层型理论,构建了由胎面层厚壁圆筒模型、中垫胶层薄壁圆筒模型、带束层薄壁圆筒模型、胎体层薄壁壳体模型及胎侧层旋转圆环模型为主要构成的工程翻新轮胎多元复合层型,依据地面力学理论,采用极坐标的方式,分析和探讨了多元复合层型力学模型和细观静力学平衡方程的构建,描述了工程翻新轮胎各组成层的应力-应变关系矩阵.

基于生命周期理论的工程翻新轮胎经济性模型及评价

在确定工程翻新轮胎生命周期系统基础上,构建了基于生命周期理论的工程翻新轮胎成本分析模型、利润分析模型、环境成本-环境利润分析模型,提出了经济评价指标;对生产阶段、运输阶段、使用阶段及再利用阶段(普通翻新、石墨烯增强翻新、机械粉碎、低温粉碎、燃烧分解、燃烧发电等)工程轮胎的成本-利润进行了分析与评价。结果表明:工程轮胎生产阶段的成本最高,运输阶段的成本最低;再利用工程轮胎的利润成本比以采用石墨烯增强体增强翻新方式的为最高,采用普通翻新方式的次之,采用燃烧发电方式的最低。

工程车辆翻新轮胎温升特性研究

为了进一步明确工程车辆翻新轮胎的温升特性,利用Creo及ANSYS Workbench软件构建了计算机几何模型及有限元分析模型,确定了稳态温度场有限元分析的边界条件,构建了工程车辆翻新轮胎滚动工况稳态温度场测试系统,获得了胎面层、缓冲层、带束层、胎体层、胎侧层、趾口胶层沿轮胎宽度方向及径向方向的温度场分布特性和热通量分布特性。仿真及试验结果均表明:胎体层胎肩两侧温度最高,带束层、缓冲层及胎面层宽度方向两侧温度最低;翻新轮胎内部温度随着车速的增加而逐渐升高,其中缓冲层和胎面层的温度增大幅度较大,胎体层次之,带束层的温度增大幅度最小;胎体层在靠近胎肩部位热通量最大,带束层和胎面层宽度方向两侧部位热通量最大,缓冲层宽度方向两侧部位热通量最大,胎侧层与胎体层交界处热通量最大,趾口胶层与胎体层交界处热通量最大,钢丝圈中间部位热通量最大。

碳纤维与工程车辆翻新轮胎复合强化模型及增强机理

为了有效提高工程车辆翻新轮胎质量,以碳纤维作为增强体,工程翻新轮胎胎面作为基本体,通过设计复合材料的配方、黏合体系和混炼工艺,分析了经改性处理的碳纤维对胎面橡胶基体力学性能的影响。构建了碳纤维与胎面橡胶复合强化混合物理模型和分散物理模型。分析了碳纤维与胎面橡胶黏结状态及黏结机理。为获得高性能的碳纤维增强工程翻新轮胎奠定理论基础。

废旧钢丝错体再制造工程翻新轮胎工艺及补强机理

为了提高工程翻新轮胎的承载及抗刺爆性能,利用废旧子午线轮胎钢丝作为补强体,采用镀层法,通过废旧钢丝表面镀铜-镀锌处理,设计了废旧子午线轮胎钢丝错体再制造工程翻新轮胎生产工艺,主要包括局部修复与补强工程子午线轮胎钢丝帘线断裂层工艺、旧胎体层与翻新胎面胶层之间补强一层子午线废旧轮胎钢丝帘布层工艺.分析了废旧子午线轮胎钢丝错体再制造工程翻新轮胎补强作用机理,有效实现了废旧钢丝与轮胎橡胶的黏合,并对错体再制造工程翻新轮胎技术优势进行了分析,采用模硫化法对26.5R25全钢工程机械子午线旧轮胎进行了错体再制造翻新生产.结果表明,废旧钢丝错体再制造工程翻新轮胎承载能力和抗刺爆能力大大增强,其使用寿命为同型号普通翻新轮胎的1.2倍,接近同型号新轮胎的使用寿命,综合性能表现良好.

大型工程机械轮胎预硫化翻新

轮胎翻新主要分为热翻和冷翻(预硫化翻新),载重轮胎已基本不再采用热翻工艺,但大型工程机械轮胎(23.5—25以上规格)在我国仍然以热翻为主。工程机械轮胎预硫化翻新在我国刚刚起步,翻新方法主要采用载重轮胎预硫化翻新的包封套法。我国若30%的轮胎进行翻新,每年可节约几十万t的原材料,经济效益和社会效益显著。

自由充气及旋转工况下翻新轮胎应力分析

为深入了解工程翻新轮胎在使用中出现的胎面磨损加剧、崩花掉块、胎面脱层、被压爆、刺爆等失效形式,确定26.5R25工程车辆翻新轮胎各层应力约束条件及剪切应力约束条件、计算机几何模型、有限元分析模型。对工程车辆翻新轮胎自由充气、自由旋转工况的各层综合应力及剪切应力分布状况进行数值模拟分析,获得工程车辆翻新轮胎在自由充气及自由旋转工况下各层的应力、剪切应力、弹性应变及应变能量密度分布及变化规律。结果表明:工程翻新轮胎胎体层(0.81 MPa)及胎面层的胎肩部位所受应力最大(2.23 MPa),带束层次之(0.42 MPa),胎体层及带束层为主要承力部件,缓冲层与带束层之间存在较大的剪切应力(0.001 MPa)。翻新前要加强胎体层及带束层的质量检测,翻新时要加强带束层与缓冲层的粘合强度。研究成果可为工程翻新轮胎的结构设计、使用性能及动力性能、失效机理分析等提供重要理论指导。

工程车辆翻新轮胎承载变形特性

为了进一步明确工程车辆翻新轮胎的力学性能,提高其使用寿命,通过构建工程车辆翻新轮胎计算机几何模型、有限元分析模型、承载变形特性试验系统,对工程车辆翻新轮胎承载变形特性进行有限元分析及试验研究,并与同型号新轮胎进行对比分析,获得静态接地工况下工程车辆翻新轮胎的载荷-变形、载荷-刚度、载荷-压缩率等特性规律,构建26.5R25工程车辆翻新轮胎径向承载变形数学模型。研究结果表明:工程车辆翻新轮胎的径向变形、侧向变形变化规律与新轮胎接近,径向与侧向变形均比同型号新轮胎稍小;当胎压一定时,随着载荷的增加,工程车辆翻新轮胎径向变形呈线性增大,当胎压较低时侧向变形呈线性增大,当胎压较高时侧向变形呈非线性增大;工程车辆翻新轮胎的径向刚度及压缩率受径向载荷和胎压的影响较大,载荷一定时,径向刚度随胎压的增大而增大;胎压一定时,工程车辆翻新轮胎的压缩率随径向载荷的增大而增大,且稍小于同品牌、同型号新轮胎的压缩率;旧胎体的不同老化程度对工程车辆轮胎翻新后的承载-变形特性会产生较大的影响;在低载工况下,工程车辆翻新轮胎和新轮胎径向刚度差异不大,在接近标准载荷及高载工况下,工程车辆翻新轮胎径向刚度较新轮胎大,且随着载荷的增大,工程车辆翻新轮胎和新轮胎径向变形差异不断加大。

石墨烯增强工程车辆翻新轮胎胎面的性能影响研究

为了有效改善工程车辆翻新轮胎使用中常出现胎面不耐磨、易崩花掉块等失效损坏形式,将石墨烯作为工程翻新轮胎胎面增强体材料,进行了石墨烯增强工程车辆翻新轮胎胎面配方及制备工艺设计,对石墨烯不同含量下的胎面拉伸强度、撕裂强度、100%定伸应力、300%定伸应力、耐磨指数等物理机械性能进行了测试,研究了不同质量分数下的石墨烯增强材料对工程车辆翻新轮胎胎面的性能影响规律,并应用分子链滑动理论对石墨烯增强胎面橡胶机理进行了分析.结果表明:当石墨烯质量分数约为7%左右,对工程翻新轮胎胎面橡胶的增强效果较为理想,其主要物理机械性能指标良好,工程车辆翻新轮胎的耐磨性能和抗崩花掉块性能得到了较大提高.