[發(fā)明專利]一種模擬全鋼子午線輪胎硫化過程的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110143542.0
• 申請日: 2011-05-30
• 公開（公告）號: CN102218840A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張建;王國林;唐文獻(xiàn);安登峰;王曉娟;蘇世杰;王勇;張鑫;傅乃霽
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號: B29D30/08
• 分類號: B29D30/08;B29C35/02
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種全鋼子午線輪胎硫化過程的模擬方法，實(shí)現(xiàn)全鋼子午線輪胎在平板硫化機(jī)內(nèi)硫化的計算機(jī)模擬，精確預(yù)測出輪胎內(nèi)部每一點(diǎn)的溫度和硫化程度變化情況。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的輪胎硫化方法是通過熱電偶測出胎肩、胎圈、胎冠等輪胎內(nèi)部關(guān)鍵部位的溫度，再應(yīng)用動力學(xué)模型把各點(diǎn)溫度轉(zhuǎn)化為硫化溫度，以此確定硫化的必要時間。每次做完試驗(yàn)后，必須把輪胎割開找出熱電偶的位置，因此，這種試錯方法成本高、時間長。而且，配方設(shè)計和硫化介質(zhì)溫度的改變將影響輪胎硫化特性，使用之前的經(jīng)驗(yàn)很難預(yù)測處輪胎的硫化性能。

近年來，計算機(jī)模擬已應(yīng)用于輪胎硫化方法中，美國專利公開號為US?7744789B2的專利文獻(xiàn)公開了一種硫化不均勻厚橡膠制品的方法，指出運(yùn)用有限元法來確定像巨胎或輪胎胎冠處的硫化程度。閆相橋撰寫，Polymer?Journal?2007年39卷第10期的《NumericalModeling?of?Dynamic?Curing?Process?of?Tire?by?Finite?Element》對某子午線輪胎進(jìn)行了有限元模擬，對橡膠-鋼絲復(fù)合材料采用各向異性模型模擬。Nova?Science出版社出版的《Computational?Materials》一書中，由Mir?Hamid?Reza?Ghoreishy撰寫的“NUMERICALSIMULATION?OF?THE?CURING?PROCES?S?OF?RUBBER?ARTICLES”一章，綜述了橡膠硫化有限元分析中的若干問題，并以某子午線輪胎為例，對其進(jìn)行了有限元模擬。中國專利申請?zhí)枮?01010522931.X.的專利文獻(xiàn)公開了一種模擬橡膠制品硫化的方法，運(yùn)用精度較高的混合動力學(xué)模型模擬橡膠動力學(xué)特性，多維熱參數(shù)函數(shù)模擬橡膠的熱物性參數(shù)變化。

但是，上述公開文獻(xiàn)均沒有涉及橡膠-鋼絲復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容和密度變化的描述，且未涉及對輪胎硫化系統(tǒng)網(wǎng)格快速劃分方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種模擬全鋼子午線輪胎硫化的方法，結(jié)合橡膠和鋼絲各導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、密度及其體積分?jǐn)?shù)，通過混合定律模型來模擬橡膠-鋼絲復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容和密度變化，并根據(jù)輪胎硫化系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了一種快速劃分輪胎硫化系統(tǒng)網(wǎng)格的方法。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用的技術(shù)方案包括如下步驟：1)測量獲得輪胎中各橡膠材料的流變曲線和熱物性參數(shù)、輪胎中生膠在135℃、145℃和160℃的三種恒溫下的硫化轉(zhuǎn)矩-時間變化曲線以及水囊的熱物性參數(shù)，計算得出相應(yīng)的硫化程度-時間變化關(guān)系曲線和硫化程度-硫化反應(yīng)速度變化曲線，以及三種恒溫下的誘導(dǎo)時間；2)定義輪胎各部分材料的熱物性和/或硫化動力學(xué)特性，使用混合動力學(xué)模型定義輪胎中橡膠的硫化動力學(xué)特性；3)使用網(wǎng)格劃分方法對輪胎進(jìn)行快速網(wǎng)格劃分；4)建立輪胎硫化的傳熱-化學(xué)反應(yīng)耦合方程；5)基于牛頓迭代法對傳熱-化學(xué)反應(yīng)耦合方程進(jìn)行數(shù)值計算，由測試出的硫化反應(yīng)總熱量和硫化反應(yīng)速率乘積確定橡膠生熱率，數(shù)值計算的時間增量定義1秒；6)獲取工程正硫化時間、溫度、硫化程度、硫化反應(yīng)速率中至少一個與所述輪胎硫化相關(guān)的物理化學(xué)參數(shù)。

本發(fā)明通過計算機(jī)更加精確和高效地模擬輪胎硫化的傳熱過程和交聯(lián)過程，預(yù)測出輪胎內(nèi)部每一點(diǎn)的溫度和硫化程度，這對提高輪胎產(chǎn)品質(zhì)量、改進(jìn)輪胎硫化工藝和指導(dǎo)橡膠配方設(shè)計具有重要的實(shí)際意義，對進(jìn)行輪胎科學(xué)化的和數(shù)字化的設(shè)計具有重要的理論意義。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式進(jìn)一步描述本發(fā)明；

圖1為待模擬輪胎硫化系統(tǒng)子午面的模擬狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明輪胎硫化模擬方法的流程圖；

圖3為圖2中網(wǎng)格劃分的流程圖；

圖4為待模擬輪胎硫化系統(tǒng)網(wǎng)格快速劃分的典型步驟的示意圖；

圖5為判斷輪胎硫化誘導(dǎo)期是否結(jié)束的無量綱參數(shù)分布的等值線示意圖；

圖6為典型時間點(diǎn)輪胎內(nèi)部硫化程度分布的等值線示意圖；

圖7為典型時間點(diǎn)輪胎內(nèi)部溫度分布的等值線示意圖；

圖8為輪胎內(nèi)部最難硫化部位的溫度和硫化程度隨時間的變化曲線示意圖。

具體實(shí)施方式