轮胎作为一种由帘线和橡胶组成的复合材料,具有典型的疲劳破坏特征。若车辆在行驶过程中轮胎发生疲劳失效甚至爆胎,不仅严重威胁驾乘人员以及他人的生命安全,也会对交通的正常运行造成极大的影响。因此,轮胎的疲劳耐久性能是汽车安全的重要影响因素之一,相应的标准和法规也愈发严格。目前,对于轮胎疲劳耐久性能的研究多依靠试验方法。由于试验方法投入高且周期长,严重影响了研发工作的成本控制和效率提升。近年来,随着计算机性能的飞速发展和有限元方法的不断完善,利用数值分析方法研究轮胎的疲劳寿命逐渐成为可能。本文以全钢子午线轮胎为研究对象,考虑热效应并基于虚拟裂纹闭合技术(Virtual Crack Closure Technique,简称VCCT),对轮胎进行疲劳寿命仿真研究。首先,建立考虑热效应的轮胎自由滚动有限元模型。采用稳态传输方法得到轮胎在自由滚动工况下的应力应变历程,并以此为基础通过Matlab编程计算生热率。将轮胎橡胶的生热率定义为热源,结合热边界条件和材料的热性能参数计算轮胎的温度场。再将温度场导入稳态传输模型,计算得到考虑热效应的轮胎三维全局模型。然后,基于VCCT开发用户自定义疲劳断裂单元。以VCCT为基础,结合Paris疲劳裂纹扩展速率公式,使用商业有限元软件ABAQUS的自定义单元(UEL)子程序功能,开发VCCT疲劳断裂单元,用于模拟疲劳裂纹的稳态扩展并输出对应的能量释放率和疲劳循环次数,从而预测裂纹模型在交变载荷作用下的疲劳寿命。最后,进行轮胎带束部位和胎圈部位的疲劳寿命分析与评价。将试验轮胎的切断面疲劳破坏病相分析与有限元应变能密度云图分析相结合,确定轮胎裂纹的所处位置、尺寸及扩展方向,并据此建立相应的局部模型。将VCCT疲劳断裂单元嵌入局部模型的裂纹面,模拟裂纹扩展并输出能量释放率和疲劳循环次数。将轮胎疲劳寿命的仿真结果与轮胎转鼓试验结果比较,证明了仿真方法的有效性。综上所述,基于虚拟裂纹闭合技术的轮胎疲劳寿命仿真分析方法,可以实现对带束部位和胎圈部位的有效评价,使用这一方法将显著提高轮胎疲劳性能的优化设计效率。