随着工业发展,各种各样的橡胶制品被广泛应用于多种领域,橡胶材料的损伤与耐久性也成了大家关注的重点。轮胎作为复杂的橡胶制品,其各项性能的优劣直接关系着车辆及驾驶员的安全,对轮胎使用性能的研究非常重要。轮胎的损伤是由多种复杂因素综合作用产生的,胎面橡胶出现损伤的主要表现为由磨耗和橡胶Mullins效应产生损伤形成细小裂纹,随着损伤不断累积,裂纹扩展,最终导致疲劳破坏。本文以轮胎不同形式的损伤为研究目标,主要研究了子午线轮胎的磨耗、实心轮胎的Mullins损伤及外力损伤、以及实心轮胎的疲劳寿命,并讨论各种因素对轮胎损伤及疲劳程度的影响。首先,通过ABAQUS软件的用户子程序UMESHMOTION对11.00R20充气轮胎的磨耗过程进行仿真分析,用MATLAB编写了Archard磨耗模型计算程序来验证子程序在复杂充气轮胎中的计算准确性。结果表明,根据轮胎磨耗标识换算其行驶里程为1.08×10~5km,与轮胎磨耗实际道路测试结果接近。充气轮胎在磨耗后花纹高度降低,接地区域接触压力减小且分布趋于均匀,随着行驶里程的增加,单位时间内磨耗深度逐渐减小并趋于稳定。通过轮胎工况对轮胎磨耗深度的影响分析表明,随着滚动速度与垂直载荷的增大,胎面的磨耗深度增加,而轮胎气压过高或过低都会加剧胎面的不均匀磨耗,导致局部过度磨损,影响轮胎行驶里程。然后,建立载重实心轮胎的有限元模型,从材料由Mullins效应产生的内部损伤和外力导致的损伤两个方面入手,分析实心轮胎胎面的损伤情况,并探究影响胎面损伤的各种因素,结合多种参量对实心轮胎的结构进行优化。结果表明,考虑Mullins参数能更加贴切地描述橡胶材料复杂的力学行为。在一定范围内,r、m、β参数越大,材料产生的损伤越小,载荷越大,损伤程度越大。综合损伤能密度等多项轮胎主要性能参数,凸弧胎面且曲率半径为1100 mm、胎面厚度为47 mm的实心轮胎表现最好。探究了载重实心胎在辗轧通过有碎石的路面时,外力对胎面造成的损伤。随着载荷的增大,胎面轧过碎石造成的损伤能增大,损伤区域变大。最后,采用fe-safe/Rubber对实心轮胎的疲劳寿命进行计算,并建立胎侧有裂纹的实心轮胎模型,探究不同裂纹尺寸对疲劳寿命产生的影响。结果表明,软件预测的最先出现疲劳破坏的区域与力场计算中得到的最大损伤能密度区域一致,说明损伤能密度的大小可以体现橡胶材料的疲劳耐久性。随着裂纹径向高度的增大,胎侧裂纹的疲劳寿命随之减小,且最先出现破坏的位置总是位于裂纹尖端。