基于有限元仿真的轻量化航空轮胎胎体强度模拟分析

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.240389

摘要/Abstract

摘要：

以1030×350航空轮胎为例，采用高强力HS1400dtex/2尼龙66帘线替代1400dtex/2常规国标帘线，通过ABAQUS有限元分析软件对轮胎胎体强度、外缘尺寸进行仿真分析并重新核算轮胎重量。结果表明，采用高强力HS1400dtex/2尼龙66帘线并减少2层胎体帘布后航空轮胎充气外直径膨胀率略小，充气断面宽膨胀率略大；在爆破气压下（10.4 MPa），帘线角度减小后轮胎帘线受力减小，对轮胎强度有一定提升，胎体帘线角度减少1（°）为宜。通过轮胎各部位重量核算，航空轮胎重量减轻3.1 kg，能够实现航空轮胎轻量化设计。

关键词: 航空轮胎, 高强力帘线, ABAQUS仿真分析, 帘线角度, 轻量化设计

Abstract:

Taking 1030×350 aviation tires as an example， high strength HS1400dtex/2 nylon 66 cord was used to replace 1400dtex/2 conventional national standard cord， and the tire carcass strength and outer edge size were simulated and recalculated by ABAQUS finite element analysis software. The results show that the inflated outer diameter expansion rate of the aerial tire is slightly smaller and the inflated section width expansion rate is slightly larger after adopting high strength HS1400dtex/2 nylon 66 cord and reducing 2 layers of carcass cord； under bursting air pressure （10.4 MPa）， the force on the tire cord decreases after the cord angle is reduced， which improves the strength of the tire， and the reduction of the angle of the carcass cord by 1（°） is preferable. Through the mass accounting of each part of the tire， the mass of the aviation tire is reduced by 3.1 kg， which can realize the lightmass design of aviation tires.

Key words: Aviation tires, High tensile cord, ABAQUS simulation analysis, Cord angle, Lightmass design

中图分类号:

O631

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图/表 12

表1 2种帘线性能对比

Table 1 Comparison of performance between two curtain lines

performance	A curtain line index	B curtain line index
Breaking strength/（N·root^-1）	≥215.6	≥237.2
Fracture elongation/%	19~23	19~23
66.6N constant load elongation/%	9.0±0.6	9.0±0.6
Diameter/mm	0.65±0.05	0.65±0.05

图1 帘线1400dtex/2应力-应变曲线

Fig.1 1400dtex/2 stress-strain curve

图2 1030×350轮胎（A）和轻量化轮胎（B）材料分布图

Fig.2 Distribution diagram of 1030×350 tire （A） and lightmass tire （B）

表2 帘线排布情况

Table 2 Curtain line arrangement

Old plan （A curtain line） Fig.2A	New plan （B curtain line） Fig.2B	Steel ring position
4-layer reverse packet+2-layer positive packet+4-layer positive packet	4-layer reverse packet+4-layer positive packet	The first steel ring
4-layer reverse packet+4-layer positive packet	4-layer reverse packet+4-layer positive packet	The second steel ring
4-layer reverse packet+2-layer positive packet	4-layer reverse packet+2-layer positive packet	The third Steel Ring
2-layer positive packet	2-layer positive packet	The third Steel Ring

图3 建立有限元模型的旧方案（A）和新方案（B）

Fig.3 Old scheme （A） and new scheme （B） of finite element modelling

图4 旧、新方案充气模拟

Fig.4 Inflation simulation of old and new scheme

表3 充气尺寸模拟结果

Table 3 Inflation size simulation results

	0 MPa		1.9 MPa		2.6 MPa
	Diameter/mm	Width/mm	Diameter/mm	Width/mm	Diameter/mm	Width/mm
Old scheme	948.8	293.6	954.4	328.2	960.2	333.8
New scheme	948.4	294.0	948.6	338.0	954.4	344.6

图5 典型充气压力下胎冠区域的帘线受力分布图（旧、新方案）

Fig.5 Schematic diagram of cord stress analysis in crown area under typical inflation pressure （old and new scheme）

图6 典型充气压力下胎冠中心最内层帘线载荷与拟合结果

Fig.6 The load and fitting results of the innermost cord in the crown center under typical inflation pressure

图7 轮胎充气直径（A）和轮胎充气断面宽（B）随胎体角度变化趋势

Fig.7 The trend of tire inflation diameter （A） and tire inflation cross-sectional width （B） changing with tire body angle

图8 （A）轮胎帘线最大张力和（B）胎冠帘线最大张力随纤维骨架层角度变化趋势

Fig.8 The maximum tension of tire （A） and crown cord （B） varies with the angle of fiber skeleton layer

表4 轮胎各部件质量计算

Table 4 Mass calculation of each tire component

No.	Assembly unit	Tire components	Original mass/kg	Improved mass/kg
1	Tread	Outer tread and inner tread	8.80	8.80
2	Sidewall	Two pieces of tire sidewall	2.70	2.70
3	Reinforcing layer	A nylon 66 cord	3.77	—
3	Reinforcing layer	B nylon 66 cord	—	3.32
4	Carcass layer	26 layers of A nylon 66 cord	42.03	—
4	Carcass layer	24 layers of B nylon 66 cord	—	39.38
5	Seal layer	The same as the old design	3.30	3.30
6	Steel ring	One side 3 steel rings×2	8.90	8.90
7	Other	Total mass of film and filler	4.50	4.50
8	Total	Sum of parts	74.00	70.90

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