李冠伦，江 楠，顾寅初，袁晓光*

（1.南通大学 交通与土木工程学院，江苏 南通 226019；2.南通大学 信息科学技术学院，江苏 南通 226019）

当车辆高速行驶时，轮胎有可能因碾压石子、螺丝等尖锐物而造成爆胎，引起重大交通事故。为了增强轮胎的抗刺扎性能，保障行车安全，有必要开发适合现有汽车行驶条件的新型抗刺扎轮胎。尖锐物作用于高速滚动的轮胎类似于子弹冲击防弹衣，因此设想使用芳纶[1-2]抗击尖锐物，并利用芳纶的易加工性[3]衬入普通轮胎。

本工作运用芳纶材料的强抗冲击性并结合传统轮胎材料，系统研究橡胶、芳纶轮胎碾压尖锐物的物理过程，提出一种新型抗刺扎轮胎结构。

1 轮胎碾压尖锐物模型

1.1 橡胶和芳纶的本构关系

首先，由文献[4]得到橡胶、芳纶的应力-应变数据，进行曲线拟合[5]，获得相应的应力-应变拟合曲线，如图1所示。橡胶和芳纶的应力（σ）与应变（ε）的拟合关系式为

图1 橡胶和芳纶的应力-应变关系曲线

式中，下标1和2分别表示橡胶和芳纶。

从图1可以看出：芳纶的应力与应变大致呈正比关系；两者相比，橡胶的应变范围更大；在相同应变下，芳纶的应力更大，即可承受更大的内力，或在相同内力下，芳纶的变形要小得多。

1.2 尖锐物对轮胎的作用模型

行驶的轮胎经常会碾压尖锐物[6]，见图2，此时轮胎会在接触点发生局部变形。

图2 行驶轮胎和地面尖锐物示意

受力分析时认为胎面材料各向同性，取一个自由体如图3所示，即沿着尖锐物轴向以r0为半径[须大于尖锐物的半径（rs）]旋转一周，取部分轮胎。……