子午線輪胎內壓應力計算第一節.概論輪胎是一個由橡膠材料和基復合材料構成的復雜結構體,充氣輪胎所承受的負荷包括內壓負荷、外力機械負荷和熱負荷,本文從力學角度出發,不考慮熱負荷。◆輪胎的內壓負荷是指施加于輪胎內表面的、均勻的、沿外法線方向的壓強。內壓負荷在輪胎正常行駛時占輪胎所承受負荷的絕大部分,動負荷則疊加于內壓負荷之上。◆子午線輪胎的胎體簾線呈子午向排列,采用具有抗屈撓剛性的帶束緩沖結構。帶束層決定子午線輪胎的形狀和輪胎構件中由內壓引起的初始應力。可以認為:帶束層是子午線輪胎中的主要受力部件。◆由于輪胎幾何形狀復雜、組件構成不均勻以及大變形的特點,要準確描述內壓應力是相當困難的。盡管在斜交輪胎中應用薄膜理論和網格分析取得了一定的成功,但對子午線輪胎而言這些方法在帶束區域是不正確的。因為不同簾布層里的簾線之間的負荷分布難以確定,這種結構是超靜定的,大多數經典板殼理論不能直接應用于輪胎分析◆有限元分析雖然是一種比較有效的工具,但作為一種數值計算方法只能作為分析的輔助工具◆在計算子午線輪胎內壓應力時最好能有一套比較適用的解析或半解析的分析方法來刻畫出輪胎的力學本質。◆要計算帶束層的內壓應力,首先要知道帶束層的接觸壓力◆F.波姆引入的內壓分擔率函數g(s)的概念,并以g(s)為函數變量導出了子午線充氣平衡輪廓的解析表達式。◆F.富朗克在解析子午線輪胎的斷面形狀時,則采用胎面中心的曲率半徑代替g(s)作為變量。并相應帶束作用提出了“箍緊系數”的概念:K=(H-H)/0其中,H:無帶束時充氣子午線輪胎的斷面高度H':有帶束時充氣子午線輪胎的斷面高度。◆箍緊系數是輪胎力學分析中一個比較重要的參數,從力學角度而言,使用箍緊系數作為函數變量推導出帶束內壓應力的泛函解析式是相困難的◆針對上述情況,我們作出以下假設:◆假設1:輪輞點以上的子午線輪胎充氣斷面內輪廓曲線◆事實證明,用橢圓弧進行近似計算具有相當的有效性和準確性。而且由于討論的對象是充輪廓,使用虛功原理可以很方便地推導出子午線帶束周向內壓應力的解析表達式。第二節物理分析◆F.波姆和F.富朗克的研究分別得到了充氣子午線輪胎斷面幾何形狀的解析表達式,但其研究不僅煩瑣,而且可能無法滿足精度要求,所以我們結合輪胎結構的具體情況,補充2點假設:◆假設2:充氣斷面內輪廓周長在輪胎變形過程中保持不變。◆假設3.充氣斷面內輪廓曲線形狀在變形前后均可用橢圓弧進行描述先將本文中涉及的一些數值和符號加以說明,見(圖(其中r:胎里半徑輪輞點半徑橢圓內輪廓曲線徑向半徑b:橢圓內輪廓曲線橫向半徑C:輪輞半寬零點半徑R:輪輞點以上橢圓弓形面積形心點半徑Rυ;:支撐帶束層的胎體寬度邊緣點半徑◆ba:支撐帶束層的胎體軸向半寬◆m:m=r1-r◆n:橢圓底部到輪輞點的距離◆p:充氣內壓◆g(s):帶束層內壓分擔率◆N:胎體簾線總根數T:帶束層周向內壓總應力鋼絲圈周向內壓總應力◆Tc:胎體單根簾線張力第三節受力分析◆1.總體分析◆輪胎充氣平衡時,內壓P垂直作用于胎腔內壁,輪輞點C′受到幾何約束固定不動;胎冠區有效支撐寬度