1.一种模拟全钢子午线轮胎硫化过程的方法,其特征是包括如下步骤:
1)测量获得轮胎中各橡胶材料的流变曲线和热物性参数、轮胎中生胶在135℃、145℃和160℃的三种恒温下的硫化转矩-时间变化曲线以及水囊的热物性参数,计算得出相应的硫化程度-时间变化关系曲线和硫化程度-硫化反应速度变化曲线以及三种恒温下的诱导时间;
2)定义轮胎各部分材料的热物性和/或硫化动力学特性,使用混合动力学模型定义轮胎中橡胶的硫化动力学特性;
3)使用网格划分方法对轮胎进行快速网格划分;
4)建立轮胎硫化的传热-化学反应耦合方程:
5)基于牛顿迭代法对传热-化学反应耦合方程进行数值计算,由测试出的硫化反应总热量和硫化反应速率乘积确定橡胶生热率,数值计算的时间增量定义1秒;
6)获取工程正硫化时间、温度、硫化程度、硫化反应速率中至少一个与所述轮胎硫化相关的物理化学参数。
2.根据权利要求1所述的一种模拟全钢子午线轮胎硫化过程的方法,其特征是;步骤
2)中,对于轮胎中橡胶材料,导热系数和比热容按下式定义:k为瞬时导热系数,ki为硫化程度为αi时橡胶的导热系数,α为橡胶的硫化程度;T为温度;T0、ai1、bi1、ai2、bi2、ci1、di1、ci2和di2是由试验确定的常数;cp为瞬时比热容;cpi为硫化程度为αi时橡胶的比热容;
所述混合动力学模型定义轮胎中橡胶的硫化动力学特性是;
为硫化反应速
率;
α为硫化程度;E、E1和E2为活化能;R为气体常数;K、K1、K2为速率参数;A、A1、A2为Arrhenius函数的常数参数;e为指数函数;α0通过式 进行数值标定来确定;k为迭代次数,Δt为时间增量;
轮胎中的橡胶-钢丝复合材料结构的导热系数、比热容、密度定义为:kcom(T)=vsks+(1-vs)km(T,α);
ρcom=vsρs+(1-vs)ρm;kcom(T)为导热系数,T为温度,vs、ks分别为钢丝的体积分数和导热系数,km(T,α)为橡胶导热系数;α为硫化程度:Ccom(T)为复合材料的比热容,T为温度,vs、Cs分别为钢丝的体积分数和比热,Cm(T,α)为橡胶比热容,α为硫化程度;ρcom为复合材料的密度,ρs为钢丝的密度,ρm为橡胶的密度。
3.根据权利要求1所述的一种模拟全钢子午线轮胎硫化过程的方法,其特征是:采用无量纲参数 结合Arrhenius函数描述轮胎中橡胶硫化诱导期,当 小于1时,硫化处于诱导期,否则硫化反应开始;t0、T0是由三种恒温下得出的诱导时间计算而来的材料常数。
4.根据权利要求1所述的一种模拟全钢子午线轮胎硫化过程的方法,其特征是:步骤
3)中的网格划分方法是:先绘出轮胎的材料分界线,再针对各部分材料创建相应平面,然后在相邻平面交界处创建共享边,最后在拐角处沿着材料分界线的法线方向分割平面。