轮胎钢帘线压缩状态力学性能测试方法与流程

1.本发明涉及材料压缩性能测试技术领域，具体涉及一种轮胎钢帘线压缩状态力学性能测试方法。


背景技术：

2.如图1所示，轮胎钢帘线是由多根、多层单丝或多股钢帘线螺旋加捻加工成的复杂细长钢质结构体。单丝为组成钢帘线的最小的连续的细钢丝，是组成钢帘线的最小单元。
3.轮胎钢帘线作为增强骨架材料，是轮胎产品中除橡胶外最主要的组成部分，是轮胎中保持充气压强、维持轮胎形状、支撑轮胎负荷发挥轮胎对车辆的操控性能的最主要结构。
4.多根钢丝组成的轮胎钢帘线因其结构特征，表现出沿钢帘线长度方向的高拉伸刚度和低弯曲刚度的力学特征，这一力学特征使轮胎钢帘线在轮胎产品使用过程中主要通过轮胎钢帘线长度方向受到拉伸产生的高张力发挥钢帘线在轮胎中的功能。
5.随着市场对轮胎产品性能要求的不断提升，尤其是高载重工程胎，需要设计较高的胎体钢帘线反包结构。在负载工况下胎体钢帘线反包位置随轮胎承载负荷的增加部分钢帘线呈现出长度方向受到压缩的力学状态，这种轮胎钢帘线受压的力学状态随轮胎负重增加趋于严重。
6.轮胎钢帘线因其结构特征使轮胎钢帘线在受压的力学状态下的力学行为表现为单丝结构的弯曲、单丝间距的增加和单丝长度方向受压后的失稳。轮胎钢帘线在长度方向受压的力学行为，使钢帘线整体呈现出低压缩刚度，单丝间较大的相对位移，使轮胎钢帘线发生磨损和生热，轮胎钢帘线与钢帘线附胶的粘合性能下降。轮胎钢帘线在轮胎使用过程中受到轮胎钢帘线长度方向的压缩，是高负重工程胎圈部空鼓破坏的主要原因。
7.轮胎钢帘线在帘线长度方向受到压缩后的力学行为，直接影响高负重工程胎的耐久性能。因此测试轮胎钢帘线压缩状态的力学行为对指导钢帘线结构设计，提升轮胎产品的使用性能具有重要意义。


技术实现要素：

8.本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种轮胎钢帘线压缩状态力学性能测试方法，实现了轮胎钢帘线压缩状态力学性能的直接测试，力学测试设备的力传感器输出的力和位移可直接描述轮胎钢帘线压缩状态的力学性能，操作便捷、设备成本低、结果精度高。
9.本发明的技术方案为：
10.轮胎钢帘线压缩状态力学性能测试方法，包括以下步骤：
11.s1用熔断法截取被测轮胎钢帘线，钢帘线的两个端部所有单丝经钢丝熔断器熔断焊接在一起，保证被测轮胎钢帘线的单丝不会在被测轮胎钢帘线的端部发生相对移动；
12.s2将步骤s1的被测轮胎钢帘线一端垂直放置于熔池空腔底面的中心处，向熔池中
倒入固化材料使其填满熔池；
13.s3静置至固化材料冷却凝固，将被测轮胎钢帘线连同凝固的固化材料从熔池中拔出，完成被测轮胎钢帘线一端的熔铸；
14.s4针对被测轮胎钢帘线的另一端，重复步骤s2和s3，完成被测轮胎钢帘线两端的熔铸，即完成被测轮胎钢帘线试件的准备工作；
15.s5利用力学测试设备的平板夹具将被测轮胎钢帘线试件的两端夹持住，夹持力大小保证测试过程中试件夹持端不会与力学测试设备的平板夹具发生相对滑动；控制平板夹具位移，使其力传感器的力值归0，设置力学测试设备当前位移值为0；
16.s6控制平板夹具一端固定，另一端向两个平板夹具接近的方向移动1-2mm，记录测试过程中力传感器的力值和位移值，完成轮胎钢帘线压缩状态力学性能测试。
17.优选地，步骤s1中，用熔断法截取的被测轮胎钢帘线长度为20-30mm。
18.优选地，步骤s2中，所述熔池采用铝材质制成。
19.优选地，步骤s2中，所述熔池的壁厚不小于2mm。
20.优选地，步骤s2中，所述熔池设置有长方体空腔，空腔的长度为20mm，宽度为5mm，深度为5mm。
21.优选地，步骤s2中，固化材料采用焊锡、铝合金、环氧树脂、石膏或水泥。
22.优选地，步骤s5中，所述力学测试设备采用zwicki-line万能材料试验机。
23.本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
24.1.本发明公开了一种轮胎钢帘线压缩状态力学性能测试方法，在轮胎钢帘线压缩测试前须将轮胎钢帘线的两端分别固定到固化材料中，力学测试设备使用平板夹具直接夹持被测钢帘线两端的固化材料，然后执行压缩测试，记录测试过程中力传感器输出的加载力和夹具位移数据，达到直接测试轮胎钢帘线压缩状态力学性能的目的。本发明的方法实现了轮胎钢帘线压缩状态力学性能的直接测试，力学测试设备的力传感器输出的力和位移可直接描述轮胎钢帘线压缩状态的力学性能，操作便捷、设备成本低、结果精度高。
25.2.本发明的方法使被测轮胎钢帘线的夹持端埋入固化材料中，轮胎钢帘线单丝缝隙中的固化材料固定了单丝间的几何排布，避免了力学测试设备的夹具直接夹持钢帘线破坏单丝的几何分布，提高了轮胎钢帘线压缩状态力学性能测试精度。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是本发明的轮胎钢帘线的结构示意图。
28.图2是本发明的熔池的结构示意图。
29.图3是本发明实施例1的步骤s2的操作示意图。
30.图4是本发明实施例1的步骤s3的操作示意图。
31.图5是本发明实施例1的步骤s3中钢帘线单丝在锡料中的固定状态示意图。
32.图6是本发明实施例1的步骤s4的操作示意图。
33.图7是本发明实施例1的步骤s6中被测试件压缩后钢帘线的变形示意图。
34.图8是轮胎钢帘线的压缩状态力学性能测试结果—压缩位移和压缩力曲线图。
35.图中，1-轮胎钢帘线、2-熔池、3-锡料、4-单丝。
具体实施方式
36.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
37.实施例1
38.s1采用熔断法截取长度为20mm的被测轮胎钢帘线(钢帘线规格是3+8
×
0.33st)，观察两个个熔断端的单丝4互相熔融粘合，如图1所示。
39.s2将步骤s1的被测轮胎钢帘线一端垂直放置于熔池2空腔底面的中心处，如图3所示；用焊锡烙铁加热焊锡丝使之融化，流入熔池2，直至熔池2的空腔被液态熔融锡料填满；熔铸锡料的过程中须保持轮胎钢帘线1垂直于熔池2底面。其中熔池2为有长方体空腔的铝质金属槽，熔池2壁厚2mm，空腔长20mm、宽5mm、深5mm，如图2所示。熔池2的作用为辅助焊锡融化后与轮胎钢帘线1结合，辅助融化的焊锡冷却成型。焊锡丝、焊锡烙铁等常见材料在此不再特殊说明。
40.s3静置冷却使熔融的锡料凝固，在此期间保持被测轮胎钢帘线垂直于熔池2底面；连同被测轮胎钢帘线，将凝固后的长方体锡料3从熔池2中拔出，完成被测轮胎钢帘线一端的焊锡熔铸，如图4所示。钢帘线单丝4在锡料3中固定状态如图5所示。
41.s4重复步骤s2和s3，完成被测轮胎钢帘线另一端的锡料熔铸，即完成被测轮胎钢帘线试件的准备工作，如图6所示。
42.s5将被测轮胎钢帘线的两个锡料端通过平板夹具夹持到力学测试设备上，平板夹具夹紧锡料3的长方形侧面，保证被测轮胎钢帘线竖直。控制平板夹具位移，使其力传感器的力值归0，设置力学测试设备当前位移值为0。
43.s6力学测试设备控制平板夹具一端固定，另一端执行行程为1mm的接近动作，进行材料压缩性能测试，并在此过程中记录力学测试设备的力传感器的力数值和位移传感器的位移数值，完成轮胎钢帘线压缩状态力学性能测试。被测试件压缩后钢帘线的变形如图7所示。
44.通过分析力学测试设备测试过程中获取的反力数值和位移数值，对轮胎钢帘线压缩状态下的力学性能进行分析。轮胎钢帘线的压缩状态力学性能测试结果压缩位移和压缩力关系如图8所示。
45.上述实施例和附图并非限定本发明的产品形态和式样。例如熔池的尺寸和形状可以是长方体、正方体或圆柱体等任何方便力学测试设备夹具夹持的形状；熔铸被测轮胎钢帘线夹持端的材料可以是焊锡、铝合金或环氧树脂、石膏、水泥等任何可能浸润到轮胎钢帘线单丝缝隙并固化成具有一定刚度固体的材料；被测钢帘线的尺寸和熔铸端的深度也可做适当修改。任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。