帘线拉伸强力对电动车轮胎有限元分析结果的影响张良吕燕平方厚勇陶川川翁杰（通讯作者）

帘线拉伸强力对电动车轮胎有限元分析结果的影响张良吕燕平方厚勇陶川川翁杰（通讯作者）
发布时间：2023-06-03T09:12:15.062Z 来源：《中国科技信息》2023年6期作者：张良吕燕平方厚勇陶川川翁杰（通讯作者）[导读] 本文旨在探讨帘线拉伸强力对电动车轮胎有限元分析结果的影响。

通过对轮胎模型的有限元分析，比较在不同帘线拉伸强力下的外缘尺寸变化及印痕变化。

结果表明，帘线拉伸强力影响轮胎的形状和断面高度，较高的拉伸强力能使轮胎断面宽变窄，从而降低下沉量，使印痕增大。

因此，对于轮胎的有限元分析，必须充分考虑帘线拉伸强力的影响。

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摘要：本文旨在探讨帘线拉伸强力对电动车轮胎有限元分析结果的影响。

通过对轮胎模型的有限元分析，比较在不同帘线拉伸强力下的外缘尺寸变化及印痕变化。

结果表明，帘线拉伸强力影响轮胎的形状和断面高度，较高的拉伸强力能使轮胎断面宽变窄，从而降低下沉量，使印痕增大。

因此，对于轮胎的有限元分析，必须充分考虑帘线拉伸强力的影响。

关键词：尼龙帘线拉伸强力；轮胎有限元分析；应力；变形；外缘分析；印痕分析
1.引言
电动车在近年来得到了广泛的推广和应用，但电动车轮胎的使用寿命和安全性问题仍然是制约其发展的重要因素之一。

轮胎是电动车行驶的关键部件，其结构复杂，由多种材料组成。

其中，尼龙帘线作为一种常见的轮胎加强材料，可以显著提高轮胎的强度和耐久性。

评估尼龙帘线拉伸强力对电动车轮胎性能的影响，对于提高电动车轮胎的使用寿命和安全性具有重要的意义。

尼龙帘线作为一种常见的轮胎加强材料，在提高轮胎强度和耐久性方面发挥着至关重要的作用。

本文以“帘线拉伸强力对电动车轮胎有限元分析结果的影响”为题，对这一问题进行了探讨。

帘线强力不同，得到的外缘尺寸及接地印痕等结果相差很大。

本文以 nylon 930dtex/2-122145帘线和nylon 1400dtex/2-V1帘线为例，分别抽取以这两种帘线做成的3.00-10成品电动车轮胎各一条，进行成品帘线抽样，研究尼龙帘线特性，导入有限元软件ABAQUS的材料库中，用有限元软件模拟不同帘线轮胎充气后的尺寸变化及印痕变化。

2.相关理论
本研究采用有限元分析方法，以ABAQUS软件为平台，对电动车轮胎的外缘尺寸及印痕进行模拟。

考虑到尼龙帘线的拉伸强力对轮胎性能的影响，对尼龙帘线的拉伸强度进行了不同的设定，对轮胎的有限元分析结果进行了比较和分析。

3.轮胎有限元模型的建立
3.1帘线测试
帘线拉伸试验在我公司产品测试中心的电子拉力机上进行，测试得出两种不同种类尼龙帘线应力-应变曲线对比如图1所示，两种不同品种尼龙帘线物理性能对比如表1所示：
□------ nylon 930dtex/2-122145；〇------ nylon 1400dtex/2-V1图1 尼龙帘线应力-应变曲线对比图
表1 不同尼龙帘线物理性能对比
项目
nylon 930dtex/2-
122145
nylon
1400dtex/2-
V1
断
裂强力
N
128.723197.813
断
裂强力
变异系
数%
3.50
4.50
断
裂伸长
率%
21.6832.32
断
裂伸长
率变异
系数%
5.57.0
直
径mm
0.550.65
基于以上的分析和评估，我们选用了ABAQUS作为有限元分析软件，以一个常见的电动车轮胎3.00-10为对象建立了三维有限元模型，采用六节点剖分法对轮胎进行离散化，并将材料参数设定为实验数据为了考虑帘线的影响，我们采用了ABAQUS的非线性模拟模块，将帘线的刚性和拉伸特性考虑在内，同时引入质量单元进行模拟，提高模拟精度。

3.2 模型几何参数的确定本研究选取了一种常见的电动车轮胎进行有限元分析，采用ABAQUS软件建立三维模型。

首先，根据轮胎的设计参数和实际尺寸，建立轮胎的三维模型。

其中，轮胎由花纹层、胎体和帘线组成，采用四面体网格划分，胎体帘布层为正交各向异性材料，用rebar嵌入式单元处理，橡胶材料用各项同性不可压缩单元表示，钢丝圈用各向同性线性弹性材料单元描述。

3.3 材料参数的设定
本研究选取了常见的尼龙帘线作为轮胎的主要材料，考虑到不同拉伸强度对轮胎性能的影响，设置不同的材料参数，拉伸强度=破断力/断面积。

其中，尼龙帘线的材料参数如表2所示。

表2 尼龙帘线材料参数设置
材料名称弹
性模量密度泊
松比
拉伸
强度
nylon 930dtex/2-122145
3.5
GPa
1090kg/m³0.4
135.5
MPa
nylon 1400dtex/2-V1
3.9
GPa
1140
kg/m³
0.4
149.1
MPa
4.两种表征方式仿真结果对比
4.1外缘尺寸
轮胎的外缘尺寸受到多种因素的影响，帘线拉伸强力是其中之一。

帘线是轮胎内部结构的重要组成部分，主要负责支撑轮胎承受的荷载和内部气压。

不同的帘线材料和设计对轮胎外缘尺寸的影响有所不同。

先来看看两种不同帘线的轮胎在仿真充气后的轮廓对比：
绿色轮廓-930dtex/2-122145；灰色轮廓-1400dtex/2-V1
图2 ABAQUS 仿真充气轮廓对比图
再对比一下实验室实测的外缘数据，如表3所示：
表3 ABAQUS 仿真外缘尺寸数据与实验测试数据对比
3.00-10
轮胎外缘尺寸外周长（OD ）mm 断面宽（SW ）mm
冠角（度）冠弧mm 930dtex/2-
122145（仿
真）
408.981.248R45930dtex/2-
122145（实
测）
40980/R451400dtex/2-
V1（仿真）
408.081.048R451400dtex/2-
V1（实测）408.279/R45
通过表3数据的对比，我们可以得出帘线拉伸强力对轮胎有限元分析结果的影响有以下几点：
4.1.1轮胎断面宽度（SW ）：帘线拉伸强力会影响轮胎的断面宽度。

较高的拉伸强力使轮胎的帘线更紧密，从而使轮胎断面宽度更窄。

4.1.2轮胎外周长（OD ）：帘线拉伸强力对轮胎OD 的影响也是显而易见的。

较高的拉伸强力会使轮胎OD 变小，从而影响轮胎与地面的接触面积。

4.2接地印痕
轮胎接地印痕是指轮胎与地面接触时留下的痕迹，它可以反映轮胎与地面的摩擦程度、操控性能和牵引力。

由于试验具有一定的偶然性，且试验数据存在测量误差，因此利用ABAQUS 软件建立3.00-10电动车轮胎的有限元分析模型，进行轮胎接地印痕仿真分析，加载与试验相同的充气压力250Kpa ，负荷150kg ，观察轮胎接地印痕长轴和短轴的变化情况，两种不同帘线的电动车轮胎通过ABAQUS 软件仿真得出的接地印痕与实验室所测的接地印痕对比如图6所示：
实测印痕 仿真印痕
图3轮胎仿真与试验接地印痕对比
数据结果对比如表4所示：
表4 两种不同帘线轮胎仿真印痕参数与试验结果对比
项目
“930”仿真印痕“930”实测印痕“1400”仿真印痕“1400”
实测印痕印痕长轴mm
119.2117.2119.1116.8印痕短轴mm
55.550.156.450.5下沉量 mm 13.8515.913.415.7
从表4可以分析得出帘线拉伸强力对轮胎印痕的影响主要表现在以下方面：
下沉量：帘线拉伸强力影响轮胎的形状和断面高度，从而影响轮胎与地面的接触压力分布。

较高的拉伸强力能使轮胎印痕长轴变小，印痕短轴变大，下沉量减少。

5.结论和建议
通过本文的研究，我们得到了以下结论：
5.1外缘尺寸方面，较高的拉伸强力使轮胎的帘线更紧密，从而使轮胎断面宽度更窄，轮胎OD 变小。

5.2印痕方面，帘线拉伸强力影响轮胎的形状和断面高度，从而影响轮胎与地面的接触压力分布。

较高的拉伸强力能使轮胎印痕长轴变小，印痕短轴变大，下沉量减少。

综上所述，本研究为电动车轮胎的设计和优化提供了一定的理论基础，为改善电动车轮胎的性能和使用寿命提供了重要的参考。

未来的研究应该进一步完善模拟和实验数据，并探索帘线强度以外的其他因素的影响，以提高研究结果的可信度和实用性。

同时，还应加强对电动车轮胎在实际使用中的研究，以更好地了解其性能和寿命，为轮胎的使用和维护提供更好的指导。

参考文献：
[1]宿晓峰，付平，丁忠军，等.基于Abacus 软件的轮胎有限元模型建立及仿真分析[J].橡胶工业，2019，66（2）：121-127.。