輪胎材料的案例
青島科大《Compos Part A》：高性能大型載重輪胎材料獲進展！
隨著采礦運輸業的迅速發展，對大型載重輪胎的性能要求越來越高。惡劣的工作環境會導致大型載重輪胎產生熱量積累、磨損嚴重、膠料開裂及脫層等問題，從而導致影響使用壽命，也會造成環境污染及資源消耗等問題。因此，開發低生熱及滾動阻力、高耐磨性及耐疲勞性的載重輪胎胎面膠料具有重要意義。
目前，大型載重輪胎的胎面膠主要是以天然橡膠和丁苯橡膠為主體材料，具有出色的耐磨性、硬度及回彈力。然而，NR / ESBR并用膠存在生熱大，滾動阻高和耐疲勞性差等問題，嚴重影響了制品使用壽命。
青島科技大學賀愛華教授團隊開展了NR/ESBR納米復合材料的填料網絡結構及聚合物交聯網絡結構的調控研究，并重點研究復合材料結構對硫化膠生熱、滾動阻力、耐磨性及耐疲勞性的影響。該研究成果近日以(Influences of crosslinkable crystalline copolymer on the polymer network and filler dispersion of NR/ESBR/CB nanocomposites為題，發表在復合材料期刊Composites Part A上。該論文通訊作者為青島科技大學高分子學院賀愛華教授、張新萍博士，青島科技大學高分子學院為本文的第一單位。該研究工作得到了山東省重大基礎研究項目以及泰山學者工程的資助。
展開 新型復合材料輪胎ERW讓騎行者保持平穩
中國航空報訊：這款無氣輪胎ERW由美國設計師BrianRussel設計，不用打氣也不用擔心爆胎。這款新型輪胎沒有內胎，與傳統輪胎的原理有著本質上的區別，在胎面與內圈之間是一圈橡膠墊，這個橡膠墊的內層部分采用了納米材料進行支撐，可以有效地加強輪胎的緩沖效果。
鳳凰環氧樹脂127https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/48285.html
就算在高低不平的路面，也能很好地緩沖掉顛簸感和撞擊感，讓騎行者保持平穩。
此外，ERW輪胎還能加快騎行速度，因為橡膠墊可以更好地儲存彈性勢能，這相當于將輪胎變成了一個度的彈弓，當胎面受到擠壓時，壓力轉化成的勢能就會推動自行車向前沖，還會將胎面擠向路面，防止輪胎反彈離開地面而發生事故。目前，這種新型輪胎只針對單車而設計，未來設計師還會將同樣技術的輪胎用到各種大型交通工具上，希望能夠為輪胎帶來一場創新性的改變。
展開 米其林想用木材制輪胎 以符合可持續發展要求
眾所周知，輪胎是汽車的重要組成部分，但是現在大多數輪胎的填充材料都不是很環保。據外媒報道，為實現可持續發展的目標，近日，米其林（Michelin）輪胎公司提出想把木材當做輪胎的填充材料。
據米其林科學與創新傳播總監Cyrille Roget所說，米其林正在研究木材在輪胎中的使用。標準的汽車輪胎中有大約80%的材料都來自石油產業，而輪胎使用的木材將來自工業廢料，以幫助減少輪胎對石油的依賴。因為使用廢木材制造用于輪胎的柔性聚合物可能更符合可持續發展的要求。事實上，如此一來，世界上的輪胎企業都可在當地獲得輪胎材料，無需依靠石油生產商。橡膠仍將是輪胎的重要組成部分，但米其林希望橡膠材料也更符合可持續發展的要求。
米其林希望在2020年之前完成對此類輪胎的概念驗證，該公司正在考慮更先進的方法，它還在研究可持續用到汽車壽終正寢的3D打印輪胎，在胎面磨低之后可以通過3D打印更新輪胎。然而，米其林認為除非出現重大技術突破，否則未來10年至15年內該技術不太可能實現。
展開 新型復合材料輪胎ERW ，徹底告別爆胎煩惱
當然是爆胎，要是在那些偏僻的地方爆胎那就更郁悶了，現在出了一種無氣自行車輪胎，有了它媽媽再也 不用擔心我的單車爆胎了。
這款無汽輪胎ERW 由來自己美國設計師Brian Russel設計，不用打氣也不用擔心爆胎，從此就可以免去了路邊小店補胎的煩惱。
這款新型輪胎沒有內胎，與傳統輪胎的原理有著本質上的區別，在胎面與內圈之間是一圈橡膠墊，這個橡膠墊的內層部分采用了納米材料進行支撐，可以有效地加強輪胎的緩沖效果。
就算在高低不平的路面，也能很好地緩沖掉顛簸感和撞擊感，讓騎車者有良好的平穩感覺，不僅相比傳統充氣輪胎不僅舒適還避免了爆胎的煩惱。
此外，ERW輪胎還能加快騎行速度，因為橡膠墊可以更好地儲存彈性勢能，這相當于將輪胎變成了一個度的彈弓，當胎面受到擠壓時，壓力轉化成的勢能就會推動自行車向前沖，還會將胎面擠向路面，防止輪胎反彈離開地面而發生事故。
目前，這種新型輪胎只針對單車而設計，未來設計師還會將同樣技術的輪胎用到各種大型交通工具上，希望能夠為輪胎帶來一場創新性的改變。
展開 
二維輪胎充氣有限元仿真 ￥3
此次文章基于文本編輯UltraEdit進行inp文件的編程，二維輪胎前處理文件基于Hypermesh 前處理的輸出2D.inp，在我的第一篇文章里有講述關于二維輪胎的建模，網格劃分，接觸面設置，內置區域設置以及單元節點**的創建等一系列內容，在此不再過多贅述。
本次課程主要講述了以下幾個方面的內容：
輪胎材料屬性的定義；
輪胎截面屬性的定義；
輪輞剛體屬性定義；
接觸對定義；
充氣仿真設置；
仿真inp文件的運行及結果的查看。
下圖為二維輪胎有限元模型：
UE文本編輯器界面：
汽車充氣輪胎的路面滾動模擬(流固耦合)（附ANSYS命令流&模型文件）
四、輪轂模型建立
輪轂模型為剛體構件，因此采用多點約束模型對相應節點進行剛體約束建立，如圖將輪轂上的節點與輪胎中心點采用多點約束建立剛體約束。
五、輪胎與路面接觸模型建立
將輪胎外表面單元定義為CONTA174單元，將路面定義為TARGE170單元，建立面面接觸。
材料參數
材料定義主要涉及：輪胎的超彈性材料，氣體材料，輪胎內加強纖維材料。
輪胎橡膠材料（Mooney-Rivlin超彈性材料）
氣體材料
輪胎纖維加強材料(鋼)
邊界&載荷條件
約束輪胎中心節點的所有自由，由于輪轂節點與輪胎中心節點為剛體約束，也就是說，輪轂被約束。
求解設置
/soluantype,trans
!solcontrol,on,on
pscontrol,all,off
nlgeom,on
trnopt,full, , , , ,HHT
tintp,0.15 !amplitude decay factor or numerical damping
本文載荷加載的關鍵在于對流體靜力學單元（HSFLD242）的理解，篇幅有限，關于HSFLD242單元這里不詳細展開，有興趣的朋友可以私信互相交流學習。
載荷步1（靜態）：模擬車輛重力，施加1噸重力，靜力學計算，關閉瞬態效應。
這里進行非線性計算需要用cnvto命令設置收斂值。
展開 子午線輪胎五剛特性仿真 ￥10
輪胎剛度作為輪胎最重要的力學性能參數一直備受汽車設計者的關注，它不僅影響到汽車的動力性、轉向操縱性及制動安全性等，而且是整車設計分析不可或缺的參數之一．輪胎剛度特性是指作用在輪胎上的載荷與對應的變形之間的關系．
輪胎的徑向剛性是靜負荷試驗的延伸，能夠更好地反映輪胎在靜負荷下的變形能力；縱向剛性和橫向剛性的匹配影響輪胎的操控性；扭轉剛性反映駕駛者在彎道上轉動方向盤使輪胎轉向的靈活性；包覆剛性用于評估輪胎遇到障礙物時的變形情況。
在本次課程中，依舊使用UltraEdit文本編輯器進行inp代碼的編寫，此外本次課程的徑向、側向、縱向、扭轉及包覆剛度仿真分析的inp代碼我都會以附件形式在文末給出。
在輪胎的五剛特性仿真分析中，主要有以下方面：
1. 輪胎材料屬性的定義；
2. 輪胎截面屬性的定義；
3. 輪輞剛體屬性定義；
4. 接觸對定義；
5. 充氣仿真設置；
6. 3D輪胎的生成；
7. 剛性路面的建立；
8. 接觸對建立；
9. 輪輞屬性定義；
10. 3D模型充氣仿真；
11. 輪荷加載仿真；（徑向、側向、縱向、扭轉、包覆）
12. 結果提交與查看；上述的1——10在前文的“二維輪胎充氣有限元仿真”及“3D輪胎的生成及充氣、載荷仿真”已經講述，這里便不再過多贅述，inp代碼在最后給出。以下僅在輪荷加載部分給出講解。
展開 基于Abaqus輪胎建模仿真之胎體簾布反包高度分析 ￥66
導讀：經市場調研發現，在市場輪胎退賠輪胎占配比中，因胎圈爆破而產生的退配比頗高，約占30%左右。胎圈爆破產生的原因主要是因為在輪胎的構造中，緊挨在一起的胎體簾布層與三角膠、耐磨膠的剛度相差極大，而且在位移趨勢上，比較胎體簾布反包線與內側胎體簾線之間方向相反，故此區域內產生極大的剪切變形，故導致胎圈爆破。
一、工況描述
此次研究依次取胎體簾布反包高度為0、30、80mm子午線輪胎基于有限元法對對反包端點的主應力、主應變及胎側變形、下沉量進行研究。
反包高度為0
反包高度30
反包高度80
二、載荷設置
單變量仿真，除胎體簾布的反包高度不同，其余條件相同。
仿真條件如下：
標準充氣壓強：0.93 MPa
標準負荷為3730 N,穩態滾動線速度為60Km/h。
聲腔采用自適應網格劃分。
首先對輪胎材料進行定義：
分別對TREAD(胎面) 、BELTSKM(帶束膠)、 INNERLINEAR(內襯層）、BEAD(鋼絲圈)、RIMCONT(子口護膠)、SIDEWALL(胎側)、CARCASS(胎體膠)、 BEADF(三角膠)、BELT（帶束層）、PLY（簾布層）進行材料屬性定義
*Material, name=bead*Density 7.8e-09,*Elastic83000., 0.3*Material, name=carcass*Density 1.1e-09,*Hyperelastic, neo hooke 1.006, 0.02*Material, name=beadf*Density 1.1e-09,*Hyperelastic, neo hooke 0.671, 0.03……………..
展開 看國內在無充氣輪胎的3D打印方面的探索
3D科學谷曾介紹過米其林通過3D打印技術開發無充氣輪胎。2017年，米其林推出了VISION概念輪胎，這款集成了多項新的制造技術。這種無氣、連接、可充電、可定制并且有機的概念輪胎打破了我們對輪胎的原有印象。而根據3D科學谷的市場研究，國內也有有企業在進行無充氣輪胎的3D打印開發工作。
打印
無充氣輪胎
根據3D科學谷的市場研究，徐州阿波羅新材料科技在進行輪胎3D打印生產線的開發工作，這種生產線包括打印機器人、打印控制器、打印噴頭、串聯式密煉機和熱擠出機。
打印噴頭安裝在熱擠出機的出口上，串聯式密煉機連接在熱擠出機的進口上，打印機器人安裝在打印噴頭的前側，打印控制器固定在打印機器人的后部。
打印控制器作為生產線的控制中樞，對打印軌跡、打印溫度、打印速度、打印角度等參數進行調控，利用獨特的橡膠輪胎3D打印算法完成打印生產。
根據3D科學谷的了解，這樣的輪胎3D打印生產線實現了從橡膠原料到輪胎打印的體系化，為免充氣橡膠輪胎工業化3D打印提供解決方案。
根據3D科學谷的市場研究，徐州阿波羅新材料科技所開發的步驟包括：
- 啟動串聯式密煉機，進行橡膠原料的密煉。
- 熱擠出機將密煉完成的橡膠原料送至儲料器內。
- 噴料泵啟動，噴嘴預出絲。
- 打印機器人啟動，首先在可拆卸底圈上打印胎體，然后打印胎冠，最后打印胎面花紋。
- 最后，對打印好的輪胎進行整形和檢測。
在無充氣輪胎的打印過程中，根據打印胎體、胎冠和胎面花紋的材料不同，對應的打印噴頭、串聯式密煉機和熱擠出機也不同。
展開 西農董娟娥教授團隊JAFC封面綜述：一種新型材料-天然高分子杜仲橡膠
論文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acs.jafc.0c07560
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沈陽化工大學方慶紅教授主持的“杜仲膠在航空輪胎中應用關鍵技術”項目通過鑒定
基于杜仲膠的自修復功能彈性體材料研制成功
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七大新型輪胎材料應用進展
我國未來應發展哪些化工新材料？
北京化工大學牽頭的“新型生物基橡膠材料制備技術及應用示范”項目順利通過科技部中期檢查
中國高分子科學的發展概況與趨勢（ 胡漢杰，1999年9月）
中國輪胎產業呈現四大發展趨勢
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展開 公路正交異性板橋面簡支鋼梁橋空間模型計算
公路正交異性板橋面簡支鋼梁橋空間模型計算
模型單元類型:鋼材的單元類型為shell63 混凝土的單元類型為solid45
定義實常數:
定義頂板、U 肋、橫梁、縱梁腹板、縱梁下翼緣五個厚度實常數編號依次為1、2、3、4、5
編號為1，厚度為0.014m
編號為2，厚度為0.008m
編號為3，厚度為0.012m
編號為4，厚度為0.020m
編號為5，厚度為0.040m
材料屬性:
定義鋼材的材料屬性，鋼材的材料編號為1。
mp,ex,1,2.06e8!!!!材料1，彈模為2.06e8
mp,dens,1,7.85!!!!材料1，密度為7.85
mp,prxy,1,0.3!!!!材料1，泊松比為0.3
定義瀝青混凝土板的材料屬性，混凝土的材料編號為2
mp,ex,2,1.2e6!!!!材料2，彈模為1.2e6
mp,dens,2,2.4!!!!材料2，密度為2.4
mp,prxy,2,0.3!!!!材料2，泊松比為0.3
定義輪胎位的材料屬性，輪胎的材料編號為3。
mp,ex,3,1.0!!!!材料3，彈模為1.0
mp,prxy,3,0.3!!!!
展開 
整車路噪傳遞路徑分析（2.2.3 Transfer Path - Road Noise）
整車路噪分析聲壓目標值示例如下圖：
功能：
1、根據車速與路面掃描數據生成NASTRAN格式路面PSD數據（1.6 Road）；
2、根據車速、輪荷、外傾角與輪胎材料和幾何等數據生成NASTRAN格式模態輪胎模型（ 1.5 Tire）；
3、自動選擇接附點和PSHELL屬性，輸出整車路噪傳遞路徑分析及Trimmed Body貢獻量分析卡片（2.2.3 Transfer Path）；
4、針對路噪分析目標，底盤襯套剛度自動優化（2.2.3 Transfer Path）；
操作示例：（暫無）
1、整車路噪傳遞路徑分析卡片輸出；
2、底盤襯套剛度優化卡片輸出；
歡迎關注本人微信公眾號：汽車研發CADCAE
展開 ANSYS做的輪胎模型
____________________________________定義輪胎材料參數_________________________________________________
!___________________________定義超彈材料，用9常數模型(單位為MPa)___________________
mp,ex,1,8000e6
mp,prxy,1,0.4
!____________________________定義正交彈性材料(單位為MPa)___________________________
mp,ex,2,1.03e10
mp,prxy,2,0.33
mp,ex,3,2.1e11
mp,prxy,3,0.3
save,material4,db
/prep7
!_______________________________________定義道路幾何參數___________________________________________
areaload=0.557800e6 !單位mpa
arearadiu=0.1066 !單位m
top=0.5493
thick1=0.04+top !單位m
thick2=0.06
thick3=0.07
thick4=0.25
thick5=0.27
thick6=3.5
distanceofaxie=1.5*arearadiu !兩輪中心距
rightb=1.50
leftb=-1.50
frontb=1.50
backb=-1.50
depthb=-(thick1+thick2+thick3+thick4+thick5+thick6)
!
展開 輪胎-地面滾動摩擦接觸有限元分析
工程背景
作為汽車的重要部件之一, 輪胎的接地問題對汽車性能有著重要的影響。接地區承擔著各種駕駛行為(加速、拐彎、剎車等)各種路面條件(干、濕、冰等)下輪胎與地面之間的載荷轉換, 因此輪胎的接地問題便成為輪胎研究工作的一個重點。由于充氣輪胎是由簾線、橡膠、鋼絲圈等組成的復雜結構體, 正常工作狀態下受力復雜, 其結構分析涉及到材料非線性、幾何非線性及輪胎與地面的接觸非線性等復雜問題, 使得對輪胎的各種力學性能的精確分析都非常困難。
1、問題描述
地面假設為剛性面，材料為結構鋼，輪胎的材料模型使用2參數M-R模型，密度為2500，C10=10MPa，C01=2.5E8Pa，D1=1E-5。輪胎和地面的摩擦系數為0.35，輪胎內部承受恒定壓力0.1MPa，并且承受3000N的載荷。輪胎從0-3s，由0RPM加速到68RPM。輪胎的厚度為0.006m。
2、技術路線
3、關鍵步驟
來源：CAE技術聯盟
展開 Marc模擬汽車輪胎穩態滾動的方法
1 概述
為方便具有輪胎非線性分析需求的用戶熟悉Marc（Marc Mentat）中輪胎建模的方法和流程，針對某汽車輪胎的裝配、充氣、承載后輪胎的變形和應力分析以及在路面上穩態滾動的模擬進行描述。
2實現方法
Marc軟件實現上述過程包括了4大步驟，依次為：
l 使用Marc Mentat建立輪胎二維軸對稱模型，模擬輪胎裝配到輪輞和充氣的過程。
l 基于二維軸對稱模型建立的輪胎模型完成裝配和充氣過程后擴展得到三維實體模型。
l 模擬三維輪胎模型在路面上承載后的變形和應力分布。
l 輪胎穩態滾動分析。
3應用實例
下面以某195/65R15汽車輪胎為例對上述過程加以說明。首先使用Marc Mentat建立輪胎二維軸對稱模型，模擬輪胎裝配到輪輞和充氣的過程。
根據輪胎的結構和尺寸參數在Mentat中建立下圖所示的有限元模型，用戶可以使用Marc Mentat直接創建輪胎截面的幾何模型和有限元模型，也可以利用Mentat提供的接口，將其他CAD或CAE軟件創建的模型導入到Mentat中進行后續材料參數、邊界條件、分析參數等的定義。Mentat提供了多種商用的CAD和CAE軟件的接口，具體可以參考Marc release guide(General CAD Import with Repair部分)的介紹。本例出示的輪胎模型包括橡膠胎面、帶束層、胎冠（tread、base、rubber）以及布簾等加強結構（bead、rebar1、rebar2）。如下圖所示：
輪胎截面有限元模型(二維軸對稱)
橡膠材料部分可以采用Marc提供的Mooney模型定義，根據實際材料特性輸入相應的材料參數即可。
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