实心轮胎生热模拟与滚动阻力研究

基于超弹性本构方程和热力耦合的有限元模拟方法,对实心轮胎的稳态温度场和滚动阻力进行了预测。首先,建立实心轮胎静态加载三维模型,得到接地压力分布和静刚度曲线;其次,对轮胎施加稳态滚动速度,提取轮胎滚动一周的应力、应变数据,并进行傅里叶级数高精度拟合,用MATLAB软件计算出迟滞能量损耗和生热率;最后,将生热率导入轮胎的生热模型得到轮胎稳态温度场,进一步计算出轮胎稳态滚动时的滚动阻力,并预测稳态滚动速度和垂直载荷对滚动阻力的影响。

高弹态未硫化橡胶在不同变形模式下的循环加卸载力学行为

对高弹态未硫化橡胶实施了不同变形模式(单轴拉伸和压缩)的循环力学实验,以考察其黏超弹性响应以及应变率对力学行为的影响。结果表明,材料的拉伸、压缩性能与加载速率和变形历史均有着显著的相关性。对于循环拉伸变形,应力-应变曲线的非线性特征较为明显,材料表现出类似于屈服的性质,且随着循环次数和变形量增加,迟滞损耗的积累趋势逐渐减弱;而对于循环压缩变形,应力-应变关系接近线弹性,且随着循环次数和变形量增加,材料刚度和迟滞损耗积累的趋势都逐渐增强。针对上述实验结果,在经典的Bergstrom-Boyce模型中引入损伤变量,对未硫化橡胶的应变率相关性和Mullins效应进行表征。理论计算结果表明,这种非线性黏超弹模型能够较好地描述未硫化橡胶在不同载荷条件下的变形响应与应力软化特征。

N330炭黑增强天然橡胶材料力学性能的实验研究

为了研究炭黑对橡胶材料力学性能的影响,对9种不同体积含量的炭黑填充橡胶材料进行了准静态力学实验研究。利用循环拉伸加卸载实验分析了炭黑对橡胶Mullins效应及能量损耗的影响,通过单轴拉伸实验研究了炭黑对橡胶材料刚度和起始模量的影响,采用多步松弛拉伸加卸载实验研究了炭黑对橡胶材料应力行为的应变历史相关性的影响。实验结果表明:炭黑填充量越高,橡胶材料的刚度越大,初始模量越大,Mullins效应也越明显;随着炭黑填充量的增加,橡胶在加卸载循环中所产生的迟滞损耗、Mullins效应相对能量损耗以及残余应变都呈现出非线性增长趋势;随着炭黑填充量的升高,橡胶在加卸载过程中的应力松弛现象越明显,其平衡态迟滞损耗以及与时间相关部分的迟滞损耗也越大。

温度影响下炭黑增强橡胶复合材料的循环拉伸力学行为

为研究温度变化与炭黑增强对橡胶复合材料循环拉伸力学行为的影响,利用含温度箱的非接触式自动网格法测试系统,对4种不同炭黑含量的填充橡胶开展了不同温度下的阶梯式加卸载拉伸力学实验。实验结果表明,在各个循环段,炭黑填料对橡胶基体的增强效应都随温度升高而减弱,且温度越高,增强效应的减弱趋势越平缓,这是导致填充橡胶循环拉伸力学行为及温度相关性比天然橡胶更为复杂的根本原因;同时,橡胶材料在各个循环阶段的平衡迟滞损耗都随炭黑含量呈非线性递增,且这种迟滞损耗随炭黑含量递增的趋势受温升影响而减弱;最后,通过对不同温度和不同循环次数的实验结果作比较发现,经调制预处理后的增强橡胶Mullins效应几乎不受环境温度和炭黑增强的影响,这一点与无变形历史的未调制橡胶有很大的不同。