本文關(guān)鍵詞：工程翻新輪胎力學(xué)特性及性能補強機理研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：工程翻新輪胎在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)胎面磨損加劇、崩花掉塊、胎面脫層,甚至出現(xiàn)被壓爆、刺爆的失效形式,目前研究主要通過改進胎面膠配方設(shè)計、改善翻新工藝等方法探索解決上述問題,對工程翻新輪胎綜合力學(xué)性能研究相對較少,輪胎翻新時并未充分考慮輪胎的力學(xué)特性及使用工況,導(dǎo)致工程翻新輪胎質(zhì)量參差不齊,使用壽命低下。為此,本文以26.5R25工程翻新輪胎為基本研究對象,以提高使用性能為目的,構(gòu)建了工程翻新輪胎多元復(fù)合層型、力學(xué)模型及材料本構(gòu)模型,進行了工程翻新輪胎的力學(xué)特性有限元數(shù)值模擬及試驗研究,探討了常見失效形式下的工程翻新輪胎性能補強及機理,并應(yīng)用生命周期理論對性能補強下的工程翻新輪胎進行了能量恢復(fù)效果及環(huán)境影響評價分析。應(yīng)用自然平衡輪廓理論,分析并設(shè)計了以舊胎體層、緩沖層、胎面層為基本組成的工程翻新輪胎結(jié)構(gòu)及尺寸；通過理論分析及試驗測試手段,構(gòu)建了工程翻新輪胎多元復(fù)合層型及復(fù)合層結(jié)構(gòu)下的力學(xué)模型、接觸模型；從材料層次角度,構(gòu)建了工程翻新輪胎各復(fù)合層本構(gòu)模型,對各復(fù)合層的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系矩陣進行了描述。依據(jù)所構(gòu)建的理論模型,利用Pro/E WildFire及ANSYS Workbench軟件構(gòu)建了工程翻新輪胎多元復(fù)合層幾何模型和有限元分析模型；以試驗測試并結(jié)合Gough-Tangorra公式、Ekvall公式獲取有限元分析所用材料參數(shù)為手段,分析了工程翻新輪胎自由充氣、自由旋轉(zhuǎn)及靜態(tài)接地工況下的變形特性、靜態(tài)接地特性,獲得了工程翻新輪胎載荷-變形、接地壓力、接地印痕形狀及接地面積等規(guī)律。獲得了工程翻新輪胎各復(fù)合層的應(yīng)力-應(yīng)變及剪切應(yīng)力-應(yīng)變規(guī)律,分析了各層相互作用的微觀力學(xué)機制；分析了輪輞約束及地面接觸約束兩種工況下工程翻新輪胎的振動模態(tài),獲得了工程翻新輪胎前20階固有頻率和固有振型；分析了不同速度及胎壓下,工程翻新輪胎各復(fù)合層及層間的穩(wěn)態(tài)溫度場分布規(guī)律,探討了工程翻新輪胎的溫升特性。建立了工程翻新輪胎變形特性、接地特性、穩(wěn)態(tài)溫度場及胎面橡膠物理機械性能參數(shù)等試驗測試系統(tǒng),獲得了工程翻新輪胎變形特性、接地壓力、接地印痕及穩(wěn)態(tài)溫度場等分布規(guī)律,并與仿真結(jié)果進行了對比分析,驗證了仿真模型的有效性；獲得了工程翻新輪胎及性能補強翻新輪胎橡膠材料物理機械性能參數(shù),評價了工程翻新輪胎的使用性能。仿真及試驗結(jié)果表明：工程翻新輪胎比相同工況下同型號新輪胎徑向變形和側(cè)向變形均要小,舊胎體的橡膠老化程度對工程翻新輪胎的變形特性會產(chǎn)生較大影響；工程翻新輪胎胎體層及帶束層為主要承力層,二者的質(zhì)量好壞對工程翻新輪胎的承載特性會產(chǎn)生直接影響；緩沖層與帶束層之間存在較大的剪切力；舊胎體胎肩內(nèi)側(cè)及翻新輪胎胎肩部位熱量集聚、溫度較高。探討了胎面橡膠基體配方補強劑、胎面加增強體及胎體加增強體三種性能補強方式,通過試驗對比分析,評價了不同補強方式下的使用性能及補強效果,探討了工程翻新輪胎性能補強機理。研究表明：炭黑N151質(zhì)量份為40時；炭黑N330質(zhì)量份為40、白炭黑質(zhì)量份為20時；短切碳纖維長度為6mm、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%左右時；短鋼絲纖維在長度為5mm、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%左右時；以上幾種情況下,工程翻新輪胎胎面的耐磨性能及抗崩花掉塊性能補強效果較為理想。同時,利用廢舊子午線輪胎鋼絲對舊胎體進行性能補強,工程翻新輪胎的承載、抗壓及抗刺爆能力獲得了有效提高。構(gòu)建了基于生命周期分析的工程輪胎與工程翻新輪胎能量消耗模型及環(huán)境影響模型,對比分析了工程廢舊輪胎再利用階段中一次翻新、三種性能補強方式翻新、二次翻新、機械粉碎、低溫粉碎、燃燒分解、燃燒發(fā)電等處理方式的能量消耗及對環(huán)境的影響,得到了再利用階段幾種處理方式能量恢復(fù)率及碳削減率,從生命周期角度驗證了本文研究的三種性能補強翻新的可行性。研究表明：輪胎翻新的能量回收效果和碳削減效果最好,可以作為廢舊工程輪胎再利用的未來發(fā)展方向；胎面增強體補強的能量回收效果最好,三種補強方式的碳削減效果相差不大。本文的研究成果可為工程翻新輪胎的性能研究提供重要的理論參考,為提高工程翻新輪胎使用壽命奠定理論基礎(chǔ),并對工程翻新輪胎的使用產(chǎn)生巨大的推動作用,具有重大的經(jīng)濟效益和社會效益。
【關(guān)鍵詞】：工程翻新輪胎 多元復(fù)合層型 力學(xué)特性 性能補強機理 生命周期
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ336.1
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-14
• 1 緒論14-22
• 1.1 研究背景及意義14-16
• 1.1.1 課題來源14
• 1.1.2 研究背景14-16
• 1.1.3 研究目的及意義16
• 1.2 國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢16-18
• 1.2.1 國內(nèi)外輪胎翻新技術(shù)現(xiàn)狀16-17
• 1.2.2 國內(nèi)外翻新輪胎研究現(xiàn)狀及存在問題17-18
• 1.3 研究的主要內(nèi)容18-20
• 1.4 研究方法與技術(shù)路線20-22
• 2 工程翻新輪胎多元復(fù)合層型及力學(xué)模型22-42
• 2.1 工程翻新輪胎常見的失效形式22-23
• 2.2 工程翻新輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計23-25
• 2.3 工程翻新輪胎多元復(fù)合層型25-27
• 2.3.1 基本結(jié)構(gòu)組成25-26
• 2.3.2 工程翻新輪胎多元復(fù)合層型構(gòu)建26-27
• 2.4 工程翻新輪胎多元復(fù)合層型材料本構(gòu)關(guān)系27-32
• 2.4.1 胎面層、緩沖層及胎側(cè)層材料本構(gòu)關(guān)系27-28
• 2.4.2 胎體層、帶束層材料本構(gòu)關(guān)系28-29
• 2.4.3 工程翻新輪胎各層材料參數(shù)29-32
• 2.5 工程翻新輪胎多元復(fù)合層型力學(xué)模型32-41
• 2.5.1 工程翻新輪胎地面力學(xué)模型32-33
• 2.5.2 工程翻新輪胎多元復(fù)合層型宏觀力學(xué)模型33-34
• 2.5.3 工程翻新輪胎多元復(fù)合層型細(xì)觀靜力學(xué)模型34-36
• 2.5.4 工程翻新輪胎各層所受應(yīng)力的約束條件36-37
• 2.5.5 工程翻新輪胎多元復(fù)合層型與地面接觸模型37-38
• 2.5.6 大變形條件下工程翻新輪胎各層的本構(gòu)關(guān)系模型38-41
• 2.6 本章小結(jié)41-42
• 3 工程翻新輪胎力學(xué)特性有限元數(shù)值模擬42-76
• 3.1 工程翻新輪胎有限元數(shù)值模擬方案42-43
• 3.2 基于Pro/E Wildfire軟件的工程翻新輪胎幾何模型43-45
• 3.3 工程翻新輪胎自由充氣、自由旋轉(zhuǎn)工況有限元數(shù)值模擬45-53
• 3.4 工程翻新輪胎靜態(tài)接地工況有限元數(shù)值模擬53-62
• 3.5 工程翻新輪胎振動模態(tài)分析62-68
• 3.5.1 輪輞約束工況振動模態(tài)分析62-65
• 3.5.2 靜態(tài)接地工況模態(tài)分析65-68
• 3.6 工程翻新輪胎溫升特性有限元數(shù)值模68-75
• 3.6.1 工程翻新輪胎溫升特性理論分析68-69
• 3.6.2 工程翻新輪胎穩(wěn)態(tài)溫度場有限元數(shù)值模擬69-75
• 3.7 本章小結(jié)75-76
• 4 工程翻新輪胎力學(xué)與使用特性試驗76-94
• 4.1 工程翻新輪胎變形特性試驗76-88
• 4.1.1 自由充氣、自由旋轉(zhuǎn)工況變形試驗76-80
• 4.1.2 靜態(tài)接地工況變形特性和接地印痕試驗80-88
• 4.2 工程翻新輪胎接地壓力特性試驗88-90
• 4.3 工程翻新輪胎滾動工況穩(wěn)態(tài)溫度場試驗90-92
• 4.4 工程翻新輪胎物理機械性能參數(shù)測試試驗92-93
• 4.5 本章小結(jié)93-94
• 5 工程翻新輪胎性能補強試驗及機理94-124
• 5.1 胎面加入補強劑的性能補強試驗及機理94-102
• 5.1.1 配方設(shè)計94-95
• 5.1.2 試樣制備95-96
• 5.1.3 性能測試結(jié)果及分析96-100
• 5.1.4 補強劑性能補強機理分析100-102
• 5.2 胎面加入增強體的性能補強試驗及機理102-113
• 5.2.1 短切碳纖維作為增強體的胎面性能補強試驗102-109
• 5.2.2 短切碳纖維作為增強體的胎面性能補強機理分析109-113
• 5.3 短鋼絲纖維作為增強體的胎面性能補強及機理113-118
• 5.3.1 短鋼絲纖維作為胎面增強體的性能補強試驗113-116
• 5.3.2 短鋼絲纖維作為增強體的胎面性能補強機理116-118
• 5.4 胎體加入增強體的性能補強工藝及機理118-123
• 5.4.1 廢舊子午線輪胎鋼絲作為增強體的胎體性能補強工藝118-121
• 5.4.2 廢舊子午線輪胎鋼絲作為增強體的胎體性能補強機理分析121-123
• 5.5 本章小結(jié)123-124
• 6 基于生命周期分析的工程翻新輪胎性能補強評價124-145
• 6.1 工程輪胎及工程翻新輪胎生命周期能量消耗分析124-125
• 6.2 工程輪胎及工程翻新輪胎生命周期能量模型125-127
• 6.2.1 能量消耗模型125-127
• 6.2.2 能量替代模型127
• 6.2.3 能量評價指標(biāo)127
• 6.3 能量分析清單127-136
• 6.3.1 研究對象127
• 6.3.2 數(shù)據(jù)來源127-128
• 6.3.3 工程輪胎能量分析清單128-133
• 6.3.4 工程翻新輪胎能量分析清單133-136
• 6.4 結(jié)果分析136-138
• 6.4.1 能量消耗分析136-137
• 6.4.2 能量評價137-138
• 6.5 工程輪胎及工程翻新輪胎生命周期環(huán)境影響分析138-141
• 6.5.1 碳排放模型139-140
• 6.5.2 碳排放評價指標(biāo)140-141
• 6.6 碳排放評價141-143
• 6.6.1 碳排放分析141-142
• 6.6.2 碳排放評價142-143
• 6.7 本章小結(jié)143-145
• 結(jié)論145-147
• 參考文獻(xiàn)147-155
• 附錄155-162
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文162-163
• 致謝163-164

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 孟春財;陳建;張敬雨;金永中;伍雅峰;;炭黑對橡膠增強機理的研究現(xiàn)狀[J];合成橡膠工業(yè);2012年02期

2 魏s

本文編號：279701