轮胎作为一种由帘线和橡胶组成的柔性复合材料结构,具有典型的疲劳破坏失效现象,特别是对于使用工况和运行环境比较恶劣的全钢载重子午线轮胎,轮胎橡胶材料更加容易产生疲劳,造成轮胎寿命大幅下降。本文在了解橡胶材料的疲劳失效机理研究现状的基础上,提出运用SED最速下降法判定橡胶材料中裂纹扩展方向的方法,对预置不同的中心裂纹的轮胎橡胶式样,在单向拉伸的状态下进行裂纹扩展的有限元分析,分析结果与试验结果具有良好的一致性,说明了该方法的可行性。运用多尺度有限元技术建立轮胎胎圈处有限元子模型,提高胎圈裂纹扩展分析的精度和效率。利用SED最速下降法判断轮胎胎圈处裂纹扩展的方向,研究胎圈子模型中各胶料处的裂纹扩展情况,分析结果与试验后的轮胎胎圈裂纹进行对比,验证了SED最速下降法在轮胎裂纹扩展中的准确性。考虑胎圈处裂纹的几何非线性,讨论了裂纹尖端节点力的有限元计算方法,基于Irwin虚拟裂纹闭合技术对裂纹开裂进行了寿命预估,预估结果与试验结果比较一致,表明该方法对轮胎寿命预报有一定的使用价值。本文针对轮胎橡胶材料提出的判定裂纹扩展方向的方法,对轮胎裂纹扩展分析具有较高的可靠性,对三维轮胎胎圈处裂纹扩展研究有较大的促进,为进一步研究胎圈疲劳失效机理打下了基础。