型号轮胎进行轮胎疲劳试验时所施加的气压和载荷分别为0.6MPa和71KN，因此在耐久工况仿真中，所述静态加载工况中的气压、载荷也为0.6MPa和71KN。
[0038](3)应变能密度梯度的计算及绘制应变能密度梯度二维矢量图；
[0039]因为轮胎破坏经常发生于左胎肩、右胎肩、左胎圈和右胎圈处，因此选取左胎肩、右胎肩、左胎圈和右胎圈为接地中心断面。从有限元模型计算结果中分别选取左胎肩、右胎肩、左胎圈和右胎圈的节点坐标以及对应的应变能密度，采用MATLAB编程调用函数语句进行插值计算，其中，插值算法为克里格法，网格间隙为0.2mm，得到各节点坐标的应变能密度梯度，进而分别绘制出左胎肩、右胎肩、左胎圈和右胎圈的应变能密度梯度二维矢量图；在网格化过程中选择克里格法插值的优点为在插值点与取样点重合时，插值点的值就是取样点的值，能够最大限度的尊重样本，由于其达到线性、无偏和最小估计方差，在数据点多时，其内插的结果可信度较高。
[0040](4)评价及预测轮胎寿命:
[0041]从图3、图4、图5和图6所绘制出的左胎肩、右胎肩、左胎圈和右胎圈的应变能密度梯度二维矢量图中，可知左胎肩处的应变能密度梯度模最大值为31174.5602，右胎肩的应变能密度梯度模最大值为23121.4031，左胎圈的应变能密度梯度模最大值为127954.4046，右胎圈的应变能密度梯度模最大值为63985.8574，比较后得知左胎圈的应变能密度梯度模最大值在四处位置中处于最高值，由此确定左胎圈的应变能密度梯度模最大值与轮胎疲劳寿命成反比，左胎圈的应变能密度梯度模最大值的方向对应轮胎裂纹方向；左胎圈的应变能密度梯度模最大值的区域对应轮胎的破坏区域。
[0042]将11.00R20全钢载重子午线轮胎进行轮胎疲劳试验，并对试验结束后的轮胎断面重复步骤(I)至步骤⑷的过程，结果表明:轮胎的破坏区域对应于左胎圈的应变能密度梯度模最大值的区域，轮胎的裂纹方向对应于左胎圈的应变能密度梯度模最大值的方向，如图7和图8对比所示，方向均为与水平呈56°夹角，表明较好的预测效果。
[0043]为了更进一步确定应变能梯度模最大值与轮胎疲劳寿命的反比关系。我们选取多种结构的轮胎重复上述预测和验证过程，并建立预测所得的应变能梯度模最大值与经轮胎疲劳试验后所得的疲劳寿命数据之间的数学关系式，并最终得其关系式为y=-1041n (X)+302.51，其中R2= 0.927，表明拟合效果较好。
[0044]经验证，根据该数学关系预测的轮胎寿命为87.2h的结构设计方案，其试制样胎经疲劳寿命试验的数据为80h，显示出较高的预测精度和效果。
[0045]所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)有限元模型的建立: 截取轮胎的轮胎断面，所述轮胎断面经打磨处理、扫描后导入CAD，描绘出所述轮胎断面的所有部分，得到几何模型；采用Hypermesh软件对几何模型网格划分，建立有限元模型； (2)有限元模型的计算及耐久工况仿真: 采用Abaqus软件对所述有限元模型分析、计算，进行耐久工况仿真；所述耐久工况仿真中静态加载工况的气压、载荷条件均与所述轮胎进行疲劳试验时的气压、载荷相同； (3)应变能密度梯度的计算及绘制应变能密度梯度二维矢量图: 从所述有限元模型计算结果中选取不同接地中心断面的节点坐标以及相对应的应变能密度，通过MATLAB编程调用函数语句进行插值计算，得到节点坐标的应变能密度梯度，以此绘制相应接地中心断面应变能密度梯度二维矢量图； (4)评价及预测轮胎寿命: 从各接地中心断面所得到的应变能密度梯度二维矢量图中即可比较、确定出应变能梯度模最大值、其方向和区域；则所述应变能梯度模最大值与所述轮胎的疲劳寿命成反比；所述应变能梯度模最大值的方向对应所述轮胎的裂纹方向；所述应变能梯度模最大值的区域对应所述轮胎的破坏区域。
2.根据权利要求1所述的一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法，其特征在于，步骤(I)中所述有限元模型在294000-298000个单元之间，315000-319000个节点之间。
3.根据权利要求1所述的一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法，其特征在于，步骤(2)中所述有限元模型分析、计算过程中各参数如下:橡胶材料的本构模型为Yeoh模型，轮胎橡胶部分选用CGAX3H和CGAX4H单元模拟，橡胶-帘线部分选用SFMGAX1单元模拟，轮辋和路面定义为解析刚体。
4.根据权利要求1所述的一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法，其特征在于，步骤(3)中所述接地中心断面选取为左胎肩、右胎肩、左胎圈和右胎圈。
5.根据权利要求1所述的一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法，其特征在于，步骤(3)中所述插值算法为克里格法，所述MATLAB编程的网格间隙为0.2mm。
6.根据权利要求1所述的一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法，其特征在于，步骤(4)中所述应变能梯度模最大值与所述轮胎疲劳寿命的关系式为..1 = -1041η(x)+302.51。
【专利摘要】本发明提供了一种轮胎疲劳寿命评价及预测方法，包括如下步骤：有限元模型的建立、有限元模型的计算及耐久工况仿真、应变能密度梯度的计算及绘制应变能密度梯度二维矢量图和评价及预测轮胎寿命；本发明通过采用应变能梯度模这一参数作为评价和预测轮胎疲劳寿命的指标，由应变能梯度模的最大值、方向和区域得出轮胎的疲劳寿命、裂纹方向和破坏区域，并建立了应变能梯度模最大值与疲劳寿命的关系式y＝-104ln(x)+302.51，从而能够在轮胎结构材料设计初始阶段给予足够的指导。本发明所述的轮胎疲劳寿命评价及预测方法所需周期短、成本低且预测精度较高，具有广泛的应用前景。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104778313
【申请号】CN201510142710
【发明人】梁晨, 王国林, 周浩, 徐海青, 孙砚田
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年3月27日