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目前輪胎主要分為子午線輪胎和斜交輪胎兩大類，二者在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別是：
（1）子午線輪胎的胎體層沿著子午面鋪設(shè)(垂直于圓周線)，而斜交輪胎的胎體層則由多層對(duì)稱交叉鋪設(shè)的簾布層組成；(2)子午線輪胎有多層簾布層沿圓周方向貼合于胎面膠與胎體層之間，稱為帶束層，其主要使用鋼絲簾線，而斜交輪胎一般無(wú)帶束層。
與斜交輪胎相比，子午線輪胎有很多優(yōu)異性能：（1）能量損耗和生熱少、耐磨性好，輪胎使用壽命長(zhǎng)；（2）胎側(cè)較柔軟，乘坐舒適性好；（3）帶束層結(jié)構(gòu)不僅提高了胎面的抗刺穿性能，還提高了輪胎的縱向剛度，從而使輪胎的操縱響應(yīng)有所提高；（4）噪聲相對(duì)較小；（5）節(jié)油5~7%。因此擁有輪胎先進(jìn)制造技術(shù)的西歐、美國(guó)、日本等國(guó)家和地區(qū)在20世紀(jì)70年代先后開始大規(guī)模地推進(jìn)輪胎子午化。子午線輪胎的出現(xiàn)加快了輪胎扁平化進(jìn)程，因此扁平化逐漸成為輪胎結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)的主要特征。
本工作在子午線輪胎和斜交輪胎結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了一種新型的子午斜交結(jié)構(gòu)，即保留了子午線輪胎胎體簾線在冠部的子午結(jié)構(gòu)，而將胎側(cè)部位的胎體簾線子午結(jié)構(gòu)改為斜交結(jié)構(gòu)。由于子午線輪胎結(jié)構(gòu)中帶束層的作用，可使輪胎斷面輪廓形狀更方便地按照所需要的扁平率進(jìn)行設(shè)計(jì)，以提高輪胎的操縱穩(wěn)定性。選取255/30R22規(guī)格輪胎為參考對(duì)象，利用Abaqus軟件，在標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷工況下，對(duì)子午斜交輪胎和子午線輪胎的有限元分析結(jié)果進(jìn)行比較。
橡膠是一種復(fù)雜的具有不可壓縮性質(zhì)的高度非線性超彈性材料，采用Yeoh模型來(lái)描述其力學(xué)性能。Yeoh模型可描述隨變形而變化的剪切模型的橡膠，還可對(duì)復(fù)雜變形的力學(xué)行為進(jìn)行預(yù)測(cè)，不僅描述變形范圍較寬，而且適合于模擬大變形。所選用的骨架材料包含2層錦綸冠帶層，2層鋼絲帶束層和2層聚酯胎體簾布層。各類簾線均為正交各向異性材料，采用線彈性模型，并通過(guò)Emhed功能將其嵌入到與之相對(duì)應(yīng)的橡膠中進(jìn)行模擬。簾線一般與圓周方向之間有一定的夾角，稱為鋪設(shè)角，2種輪胎骨架材料簾線鋪設(shè)角度對(duì)比。
子午斜交輪胎胎體簾布層展開，為了保留子午線輪胎較好的高速性能和斜交輪胎較高的承載性能，本工作設(shè)計(jì)的子午斜交輪胎選用2層胎體，中部簾線鋪設(shè)角度均為0°，而兩側(cè)的簾線鋪設(shè)角度分別為+60°和-60°。
常用的計(jì)算方法有Lagrange乘子法、罰函數(shù)法、混合法以及基于求解器的直接約束法，綜合考慮計(jì)算時(shí)間、計(jì)算效率等因素。本研究采用罰函數(shù)法求解接觸問(wèn)題。胎圈與輪輞之間和胎面與地面之間的摩擦因數(shù)分別設(shè)為0.35和0.5。輪輞和地面定義為解析剛體。
基于規(guī)格為255/30R22的子午線輪胎，在Abaqus軟件中建立子午斜交輪胎的二維軸對(duì)稱模型，對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并利用symmetric model generation功能，對(duì)輪胎接地部分進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)分以及輪胎有限元模型二維向三維的轉(zhuǎn)換，選用標(biāo)準(zhǔn)9J輪輞與其裝配，同時(shí)忽略胎面橫向花紋溝槽，僅考慮縱向花紋溝槽。
在充氣壓力為0.22MPa，試驗(yàn)負(fù)荷為5650N條件下，有限元分析與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比所示，仿真值誤差控制在7％以內(nèi)，滿足工程要求。因此可以利用該模型和分析方法進(jìn)行輪胎力學(xué)性能的研究。
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