《轮胎科技》 2017，Vol. 45 No.2

Tire Science and Technology

海外橡胶期刊摘要精选

《轮胎科技》 2017，Vol. 45 No.2

Tire Science and Technology

应用磨耗过程模拟模型预测轮胎的不均匀磨损

轮胎的磨耗性能非常重要，关系到消费者的安全和经济利益，也与环境保护密切相关。轮胎表面花纹的磨耗可以分为两种类型，即“圆周向均匀磨耗”和“局部磨耗”，其中局部磨耗就是指轮胎的不均匀磨耗，比如花纹块锯齿形磨耗、单侧胎肩磨耗和羽状边缘磨耗等，都属于不均匀磨耗形式。这种不均匀磨损将会降低轮胎局部的使用寿命，而且有可能引发异常的噪声问题，因此，改善轮胎的不均匀磨耗有利于延长轮胎的使用寿命周期。正确评价一条全新轮胎的不均匀磨耗性能非常困难，因为轮胎的磨耗性能会随着花纹块磨损后形状的改变而发生变化。为了通过实验准确地评价轮胎的不均匀磨耗性能，通常必须花费大量的时间去做轮胎道路试验，试验周期长，而且费用昂贵。因此，我们非常需要一种能够预测轮胎不均匀磨耗性能的有效方法。

介绍了一种新开发的“磨耗过程模拟”模型，专门用于分析评价轮胎胎肩部位花纹块的锯齿形磨耗性能。这种方法包括一个“轮胎有限元（FE）磨耗模型”，通过计算轮胎滚动模拟模型中的磨耗能，评价轮胎的磨耗状态。运用这种模拟方法，我们可以观察到轮胎花纹块形状的变化过程和磨耗能量的分布。因此，应用我们开发的仿真模型，可以预测不同的轮胎花纹块锯齿形磨耗的差异性，对轮胎花纹的优化设计具有积极的指导意义。

用于乘坐舒适性分析的具有轮胎/轮辋不均匀性的摩托车仿真模型

在摩托车的乘坐舒适性分析中，摩托车的振动传递和乘客的感知非常关键。在车轮的旋转过程中，轮胎的不均匀性将导致轮胎随着车轮旋转频率的变化而产生自激励振动，因而对骑乘者的振动环境产生影响。建立了一个多体摩托车仿真模型，用于评价与轮胎不均匀性相关的乘坐舒适性，获得了一个包括摩托车和轮胎/轮辋组合结构的多自由度动态仿真模型，分别分析每个单体对乘坐舒适性的贡献。这样，就可以应用轮胎/轮辋的不均匀现象，预测作用在摩托车垂直方向上力的变化，通过计算加速度均方根数值并进行分析,评价乘坐舒适性。建立的摩托车模型是一个10自由度体系，每组轮胎/轮辋分别是4自由度模型，每组轮胎/轮辋组合系统包括两种类型的不均匀现象：质量不平衡和径向跳动。最后，将分析模型的模拟结果与实验室试验结果进行对比，并验证评价。

轮胎性能参数对汽车ABS性能的影响

汽车的防抱死制动系统（ABS）是一种主动控制系统，在车辆紧急制动的情况下，ABS主要根据轮胎旋转的加速度变化，反复地快速调整每个车轮上的制动压力，自动控制制动器的制动力，防止车轮发生制动抱死现象。车辆紧急制动会导致车轮极大的旋转振动和随之而来的轮胎纵向滑移速度的快速变化，通过ABS快速循环控制，使轮胎的纵向力发生改变。很明显，轮胎的特性参数，主要是轮胎的摩擦力峰值（与车辆的最大减速度相关）、纵向刚度、最佳滑移率、曲率因子（与μ- 滑移曲线峰值和其后的回落位置相关）和松弛长度（代表轮胎的动态响应能力），都会对ABS的性能产生明显影响。本研究的目的就是评价轮胎的主要性能参数对汽车ABS性能的影响。但是，这个任务非常具有挑战性，因为轮胎的特性参数之间有着本质上的相互关联，分析系统比较复杂，分析的实体元素包括轮胎、车辆、ABS控制系统和它们之间的相互作用。研究应用的方法是基于半实物（HiL）的仿真技术，选择这种方法可以克服单一数值模拟的局限性，以及在实际道路试验中存在的困难（比如，可重复性差和成本高等）。研究工作中创建的HiL试验平台，包含了车辆制动系统的所有实体因素（包括ABS控制单元）和一个14自由度（DOFs）的车辆模型，可以实时同步运行。借助于建立的HiL试验平台，评价了轮胎峰值摩擦力、纵向刚度和松弛长度对ABS性能的影响，并进行了敏感性分析，同时还评价了对制动距离、平均纵向加速度和能量分布的影响。

应用计算流体力学研究优化两棱转子密炼机混炼橡胶的填充系数

在轮胎的工业化生产过程中，将橡胶和各种配合剂混合到一起形成特定配方的混合胶料，这一操作过程被称为混炼。与普通的两辊开炼机相比，开发和应用装配有转子的密炼机混炼胶料，对材料的混炼过程将产生明显的影响。了解橡胶和各种配合剂的混合机理和混合过程非常重要，而且相当复杂，需要全面评价材料特性、配合剂配比、密炼机结构形式和操作过程参数（比如转子转速、温度和上顶栓压力）对填充材料的分布、分散和偶合反应的影响。填充系数就是其中的重要影响因素之一，填充系数是指全部混合材料的体积与混炼室容积的比值。为了使混合材料达到预期的混炼效果，确定混炼过程中的操作方法与混炼室内混合材料的运行工况的相关性非常关键。此外，拥有现代化的高性能计算资源和精确的数学分析模型，成为应用计算流体力学（CFD）方法分析和解决实际问题的非常重要和必要的工具，应用CFD方法可以了解橡胶与配合剂在工业化混炼过程中的一些复杂的物理和化学现象。本研究的目的是评价在轮胎的工业化生产过程中，两棱转子密炼机的填充系数对橡胶与配合剂材料混炼效果的影响，在此基础上确定能够获得最高混炼效率的最佳填充系数。针对反向旋转的两棱转子密炼机，应用CFD仿真模拟软件，对填充系数分别为45%、60%、75%、90%和100%的橡胶和配合剂混合材料的混炼过程进行三维CFD模拟分析。模拟过程可以显示出材料流动模式、混合指数和粒子轨迹，并汇总统计粒子分散粒径、拉伸长度和两相分布的结果，帮助我们了解混炼过程，以便合理确定提高混炼胶质量和产出量的长期目标。结果表明，对于绝大多数填充系数的混合材料，主要混炼机理是转子带动材料流动并且相互剪切，达到混合均匀的效果。在所研究的全部填充系数中，填充系数为75%时，橡胶混合材料的分散效果最好。

（赵冬梅 译）

[责任编辑：翁小兵]