免充气轮胎

第１１期 张 阁等．免充气蜂巢式轮胎接地性能的有限元分析

免充气蜂巢式轮胎接地性能的有限元分析

张阁，杨卫民

（北京化工大学轮胎设计与制造工艺国家工程实验室，北京１０００２９）

摘要：建立免充气蜂巢式轮胎与地面接触的有限元模型，进行接地性能的相关分析。研究结果表明，与充气轮胎

相比，胎面采用聚氨酯弹性体、胎体采用聚甲醛塑性材料的免充气蜂巢式轮胎具有更大的径向刚度和横向刚度，表明

在降低滚动阻力和增强操控稳定性方面有优势，但是其胎面中心区域的接触应力最大，造成该区域磨损较为严重。

关键词：免充气蜂巢式轮胎；径向刚度；横向刚度；接地性能；有限元分析

中图分类号：ＴＱ３３６．１；Ｏ２４１．８２ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００６—８１７１（２０１３）１１－０６５１－０４

随着汽车工业的迅猛发展，轮胎工业也在不

断进行着新的技术革命，从木轮、石轮到橡胶充气

轮胎，从有内胎到无内胎，从斜交结构到子午线结

构，轮胎更新换代的脚步从未停止过。在轮胎技

术发展史上，共经历了两次较大的跨越发展：其一

是１９４６年法国米其林公司发明子午线结构轮

胎ｌ】 ；其二是２Ｏ世纪８０年代后以日本普利司通

公司为代表提出的基于有限元分析的轮胎优化设

计理论［２。］。目前轮胎的发展潮流是具有优异的

舒适性、安全性、节能性，近几年一些公司已相继

开发出免充气新型结构轮胎，不仅制造工艺简单，

节约橡胶原材料，而且可以保证具有普通充气轮

胎的基本性能，安全性大幅提高，彻底避免爆胎事

故的发生，最具有代表性的是法国米其林公司的

Ｔｗｅｅｌ轮胎和美国固铂公司研发的军用蜂巢式轮

胎。本研究以蜂巢式轮胎结构为原模型，采用有

限元分析软件对其接地性能进行仿真模拟。

１免充气蜂巢式轮胎模型的建立

根据免充气蜂巢式轮胎结构（见图１），运用

三维绘图软件建立相应的几何模型，然后通过ｉｇｓ

格式导入分析软件中，进行模拟分析的前处理。

这主要包括材料属性定义、单元选择、网格划分以

及载荷边界条件确定等。

作者简介：张阁（１９８７一），男，山东烟台人，北京化工大学在

读硕士研究生，现在潍柴动力股份有限公司工作，主要研究方向

为聚合物加工及仿真模拟。

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图１免充气蜂巢式轮胎

１．１材料模型

本研究由于考虑了轮胎与轮辋、轮胎与地面

之间的摩擦，因此在建立的虚拟模型中共定义了

４个部件，包括胎面、蜂巢结构的胎体、与胎体接

触的轮辋以及地面，其中将地面和轮辋假设为刚

性体，胎面与胎体则运用聚氨酯弹性体和聚甲醛

塑性材料，其中胎面部分采用杨氏模量为２３８

ＭＰａ的聚氨酯弹性体材料，其不仅具有较高的弹

性、优异的耐磨性，而且有很好的耐油性和低温性

能＿４］。蜂巢结构的胎体部分采用杨氏模量为

２ ６００ ＭＰａ的聚甲醛塑性材料，其拥有极高的强

度和刚度，特别是具有突出的耐疲劳性能［５］。

１．２单元模型

在单元选择与网格划分中，采用三维Ｓｔｒｅｓｓ

缩减积分单元类型，运用扫略网格划分技术中的

进阶算法，并选择映射网格划分选项，以提高网格

质量 ］，将胎体和胎面的几何模型划分为六面体