[發(fā)明專利]一種橡膠磨耗量的表征方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811009737.4
• 申請(qǐng)日: 2018-08-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109596445A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹海山;馬連湘;王澤鵬;宋國(guó)君;宋君萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/56
• 分類號(hào): G01N3/56
• 代理公司: 青島中天匯智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37241
• 代理人: 郝團(tuán)代

1.一種橡膠磨耗量的表征方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：利用磨耗試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行橡膠的磨耗測(cè)試，構(gòu)建橡膠磨耗的有限元模型，計(jì)算摩擦能，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸分析得到磨耗的摩擦能函數(shù)

A_E＝C_EE^m

式中，A_E為磨損質(zhì)量，C_E為材料常數(shù)，E為摩擦能，m為冪指數(shù)；

步驟二：利用變溫磨耗測(cè)試裝置進(jìn)行橡膠的變溫磨耗測(cè)試，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到表達(dá)橡膠磨耗與溫度之間的關(guān)系的二次多項(xiàng)式

A_T＝aT²+bT+C

式中，A_T為磨損質(zhì)量，T為橡膠輪溫度，a、b、c為系數(shù)；

步驟三：引入中間變量，令常溫T₀、恒定速度V₀下的參考磨耗量為A₀，E₀為其對(duì)應(yīng)的摩擦能，對(duì)步驟一及步驟二的公式進(jìn)行整合和公式推導(dǎo)得到

A＝C_mE^m(a₁T²+a₂T+a₃)

式中，A為磨損質(zhì)量，C_m，a₁、a₂、a₃為常數(shù)，其數(shù)值與橡膠材料配方和使用工況相關(guān)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橡膠磨耗量的表征方法，其特征在于，所述步驟一利用磨耗試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行橡膠的磨耗測(cè)試的具體方法為：采用LAT100磨耗試驗(yàn)機(jī)，對(duì)橡膠輪設(shè)定一定角度和負(fù)載，轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)橡膠輪按設(shè)定速度轉(zhuǎn)動(dòng)，紅外掃描和測(cè)力傳感器可以測(cè)試橡膠輪的縱向力、側(cè)向力和表面溫度，通過(guò)橡膠輪磨耗前后的質(zhì)量差獲得磨耗量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橡膠磨耗量的表征方法，其特征在于，所述步驟一構(gòu)建橡膠磨耗的有限元模型的具體方法為：基于ABAQUS建立膠輪磨耗有限元模型，橡膠本構(gòu)模型為線彈性，單元類型為CAX4R，每一截面單元數(shù)829，共74個(gè)截面，單元總數(shù)61346個(gè)，接觸面砂輪盤為剛體，與膠輪的摩擦系數(shù)為0.40，磨損盤以角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)膠輪旋轉(zhuǎn)，負(fù)荷施加在膠輪中心。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的橡膠磨耗量的表征方法，其特征在于，所述步驟一摩擦能由以下方法得到：

由模擬計(jì)算得到橡膠輪與磨損盤接觸面內(nèi)每個(gè)接觸單元在平面內(nèi)的縱向和橫向兩個(gè)剪切力分量，其表達(dá)式為

(i＝1，2；1代表縱向，2代表橫向)

式中，τ為剪切力，τ_eq＝μp，τ_eq為摩擦應(yīng)力，μ為摩擦系數(shù)，P為接觸法向力；為切向滑移速度；

每個(gè)單元摩擦能的計(jì)算公式則表達(dá)為

橡膠輪每旋轉(zhuǎn)一周總的摩擦能的計(jì)算公式為

式中，w_i為接地各個(gè)單元的摩擦能，L為橡膠輪的周長(zhǎng)，n為某一時(shí)刻接地單元的總數(shù)量；S＝0.5πφ²δ，Φ、δ、S分別為橡膠輪的直徑、厚度、接地面積。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橡膠磨耗量的表征方法，其特征在于，所述步驟二利用變溫磨耗測(cè)試裝置進(jìn)行橡膠的變溫磨耗測(cè)試的具體方法為：在膠輪上附加熱電阻絲對(duì)橡膠輪進(jìn)行加熱，熱電偶測(cè)量橡膠輪的加熱溫度并由溫控儀表控制加熱溫度；在磨耗機(jī)上設(shè)置自動(dòng)撒砂裝置，減少人工撒砂帶來(lái)的誤差；磨耗橡膠條試樣和膠輪采用低溫硫化粘貼，以防止高溫下膠料與支撐膠輪的滑脫。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橡膠磨耗量的表征方法，其特征在于，所述步驟三公式推導(dǎo)過(guò)程為：令常溫T₀、恒定速度V₀下的參考磨耗量為A₀，E₀為其對(duì)應(yīng)的摩擦能，步驟一磨耗量對(duì)摩擦能的關(guān)系表達(dá)式寫為

式中，A_rel為參考磨損質(zhì)量；

同理，步驟二磨耗量與溫度關(guān)系的相對(duì)表達(dá)式寫為

式中，K_rel為參考系數(shù),A_T、A_T0分別是溫度為T、T₀時(shí)的磨損質(zhì)量；

考慮溫度影響的橡膠磨耗模型表達(dá)式為

A＝A_relK_rel＝C_mE^m(a₁T²+a₂T+a₃)

將上式寫成有限元節(jié)點(diǎn)的形式，則用于輪胎有限元力學(xué)分析的磨耗熱力耦合模型表示為A_ij＝＝C_mE_ij^m(a₁T_ij²+a₂T_ij+a₃)

式中，A_ij、E_ij、T_ij分別為各個(gè)單元節(jié)點(diǎn)的磨耗量、摩擦能和溫度，i、j為單元節(jié)點(diǎn)編號(hào)，i、j＝1,2,3……；m為冪指數(shù)，C_m，a₁、a₂、a₃為常數(shù)。