轮胎硫化的计算机模拟

论文摘要

硫化是轮胎生产中的最后一道工序,对轮胎的质量有着巨大影响,如果能够获得整个过程中轮胎内部温度场的变化,就可以正确调整生产工艺,从而保证产品质量。国内企业往往通过热电耦测量轮胎内部温度,或者采用手工准备数据(在图纸上手工绘图、剖分)再进行有限元计算的低效率方式。前一种方式只能获得有限个部位的温度情况,对整体温度场的分布无能为力;而后一种方式效率低下,工作周期长,并且每次试制新产品时都要重新开始上一次的重复劳动。有限元分析方法是当前计算机辅助工程(CAE)中应用最为广泛的技术,利用有限元分析方法实现轮胎硫化过程中温度场的数值模拟对优化设计和保证轮胎安全生产具有重大的指导意义。本文主要在前人研究和实践的基础上,采用ANSYS建立了轮胎硫化温度场分析模型、分析了轮胎在硫化过程中各部位的受热历程,计算结果与轮胎硫化实时测温结果相当吻合。同时给出了轮胎硫化过程中不同时刻的温度场分布云图,可以看出轮胎各部位的硫化历程差别较大,胎冠和胎肩的升温度速度小于胎侧和胎圈,胎肩、胎冠及胎趾的降温速度缓慢。最终的实验结果表明,温度场仿真系统能够比较真实的反映轮胎在整个硫化过程中的温度变化,对轮胎企业改进硫化工艺、提高轮胎生产效率具有一定的实际意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 轮胎硫化温度场模拟国内外发展现状
• 1.3 有限元法及有限元软件的国内外研究现状
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 ANSYS软件介绍及有限元分析步骤
• 2.1 ANSYS软件介绍
• 2.2 ANSYS的分析步骤
• 2.2.1 前处理
• 2.2.2 求解
• 2.2.3 后处理
• 2.3 ANSYS软件的特点
• 2.4 本章小结
• 第3章 轮胎硫化过程中温度场模拟的理论基础
• 3.1 轮胎硫化的相关知识
• 3.1.1 轮胎硫化历程
• 3.1.2 硫化程度的计算
• 3.1.3 橡胶材料物性参数的确定
• 3.2 热传递的基本理论
• 3.3 轮胎硫化过程中温度场的数学模型
• 3.3.1 轴对称问题传导方程
• 3.3.2 复合材料热传导系数的坐标变换
• 3.3.3 轮胎硫化分析的有限元列式
• 3.4 本章小结
• 第4章 轮胎硫化过程有限元模型的建立
• 4.1 轮胎断面轮廓线的绘制
• 4.2 模型有限元单元的选取和网格的划分
• 4.2.1 模型有限元单元的选取
• 4.2.2 有限元网格的划分
• 4.3 边界条件的建立
• 4.4 初始条件的建立和硫化过程中的加温历程
• 4.5 材料模型的建立
• 4.6 本章小结
• 第5章 轮胎硫化温度场的瞬态热分析
• 5.1 瞬态传热分析概述
• 5.2 ANSYS瞬态热分析基本步骤
• 5.3 仿真效果分析
• 5.3.1 轮胎硫化温度分布图
• 5.3.2 轮胎内部典型点的温度曲线图和硫化曲线图
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢