张瑞芬,任志英,黄谊福

(1.福建水利电力职业技术学院 机电工程系,福建 永安 366000;2.福州大学 机械工程及自动化学院,福建 福州 350108)

0 引言

轮胎裂纹破坏主要集中在带束层端部和胎圈处,由于胎圈处结构和受力复杂,因而该处裂纹的生长更为复杂。假定胎圈初始裂纹已产生,则胎圈橡胶部件裂纹扩展方向的判定成为首要研究目标。目前大多数研究橡胶裂纹代表性的方法有柔度偏导法(CDT)、虚拟裂纹闭合技术(VCCT)和J积分[1]等方法,而这些方法主要是针对橡胶裂纹寿命的研究。然而对于橡胶裂纹扩展方向的研究很不充分,Saintier[2]发现大应变下裂纹沿着首次循环中的第一主应力最大值方向扩展;缪亚东[3]等人建立轮胎橡胶二维有限元模型,利用应变密度研究橡胶的断裂问题等。而对于胎圈三维橡胶材料裂纹扩展问题的研究尚未见报。为此,从理论上提出利用Jmax法来研究胎圈橡胶裂纹扩展。通过建立胎圈橡胶裂纹模型,进行有限元分析,对比模拟结果和试样试验结果来验证该方法的有效性及其适用性。

1 Jmax法判定原理

在ABAQUS内置J积分算法中,三维J积分的计算方法为:

(1)

其中λ(s)是与裂纹前端有关的系数,J(s)为二维J值。由此可知三维J值取决于二维J值。二维J积分计算公式为:

(2)

n是积分路径的法线方向,q为裂纹的理论扩展方向,H可以利用下式计算:

(3)

对于弹性体,W为弹性应变能密度;而对于弹塑性材料或是粘弹塑性材料,W为弹性应变能密度与塑性耗散之和,从而将这些材料表征为等效弹性材料。……