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全钢子午线轮胎胎肩湿热老化力学行为研究
| 论文题名： | 全钢子午线轮胎胎肩湿热老化力学行为研究 |
| 关键词： | 汽车全钢子午线轮胎;复合材料;湿热老化行为;力学性能;寿命预测 |
| 摘要： | 轮胎作为重要部件承受整车负荷，保证汽车行驶的安全性和舒适性，目前得到广泛应用。全钢子午线轮胎具有高弹性、较大抗压强度和良好耐磨性等优越性能，目前广泛应用于工程重型车辆。但子午线轮胎胎侧较薄且帘线之间无维系交点，是轮胎材料胶合层间和应力集中点，易产生损伤，因此轮胎损坏位置大部分发生在带束层边缘和肩部。尤其在湿热环境中，温度与空气湿度较高，高温与湿度的双重影响，橡胶易呈现膨胀、发硬等老化现象，水分侵蚀也会造成橡胶材料与轮胎内部结构结合程度变差。当轮胎老化到一定程度后，力学性能下降，不仅影响到个人的人身财产安全，还对社会造成巨大经济损失。因此全钢子午线轮胎肩部材料湿热环境下的耐久性研究日益迫切。 本文以全钢子午线轮胎胎肩复合材料为研究对象。研究钢丝/橡胶复合材料在湿热环境下的水分扩散行为，对轮胎橡胶复合材料进行微观结构观察和热力学测试，然后进行复合材料力学性能试验，最后结合拉伸强度试验数据，对橡胶复合材料常温贮存寿命做出预测。具体研究内容包括： （1）研究钢丝/橡胶复合材料在湿热环境下的水分扩散行为。通过吸水增重测试，发现在老化初期，水分子符合Fickian扩散定律，属于由高浓度向低浓度的物理扩散过程，材料未发生不可逆损伤。湿热环境下，温度越高，复合材料吸水程度越快。 （2）通过扫描电子显微镜观察，研究橡胶复合材料湿热老化后的内部裂纹损伤和钢丝/橡胶复合材料粘合界面破坏情况。通过核磁交联密度测试和红外光谱分析发现橡胶复合材料湿热老化过程中其内部分子先交联后断链。通过差示扫描量热分析和综合热分析手段发现橡胶复合材料在湿热环境下的热稳定性不断下降。 （3）研究橡胶复合材料和钢丝/橡胶复合材料湿热环境下的拉伸、抽出、剥离和硬度变化情况。结合复合材料吸水行为、微观结构和热力学性能进行分析揭示此类复合材料湿热老化机理。水分刚进入复合材料内部时起到塑化作用，材料力学性能下降；随着湿热老化的持续，橡胶内部界面出现微裂纹，分子交联持续一段时间后结束，断链过程不断增强；而当老化加剧，断链程度严重，复合材料内部被侵蚀出现孔洞、较大裂纹等缺陷，材料力学性能不断下降。 （4）以力学老化试验所测试的拉伸强度数据为评价指标，结合Arrhenius方程，运用统计学方法，使用MATLAB程序执行数据进行运算分析。最终对轮胎橡胶材料的贮存寿命做出预测，预测出其常温贮存寿命为19.8年。 |
| 作者： | 李远坤 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 李迪;姜宁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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