一种模拟全钢子午线轮胎硫化过程的方法

摘要

本发明公开一种模拟全钢子午线轮胎硫化过程的方法，先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℃的硫化转矩-时间变化曲线及水囊的热物性参数，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及三种恒温下的诱导时间；再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；然后使用网格划分方法对轮胎进行快速网格划分；建立轮胎硫化的传热-化学反应耦合方程；基于牛顿迭代法对耦合方程进行数值计算；通过计算机更加精确和高效地模拟轮胎硫化的传热过程和交联过程，预测出轮胎内部每一点的温度和硫化程度。

主权项

1.一种模拟全钢子午线轮胎硫化过程的方法，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；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：，；；；为瞬时导热系数，为硫化程度为时橡胶的导热系数，为橡胶的硫化程度；为温度；、、、、、、、和是由试验确定的常数；为瞬时比热容；为硫化程度为时橡胶的比热容；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；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；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：；；； k_com(T)为导热系数，T为温度，v_s、k_s分别为钢丝的体积分数和导热系数，k_m(T，α)为橡胶导热系数，α为硫化程度；C_com(T)为复合材料的比热容，T为温度，v_s、C_s分别为钢丝的体积分数和比热，C_m(T，α)为橡胶比热容，α为硫化程度；ρ_com为复合材料的密度，ρ_s为钢丝的密度，ρ_m为橡胶的密度。