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现今汽车安装的轮胎以充气轮胎为主,但是通用充气轮胎一旦爆胎,将瞬间泄气,造成车辆失控。因此,生产一种能够保证轮胎漏气后仍能支撑载荷,并且继续行驶一定距离的安全轮胎已成为当下研究的热点。本文正是在这一趋势下,将质量轻、回弹性好的发泡聚氨酯(E-TPU)应用于轮胎中,设计了一款以E-TPU为材质的内支撑体型安全轮胎。当轮胎突然泄气后,E-TPU作为内支撑体支撑载荷,防止轮胎突然下沉引起的事故问题,同时达到缺气保用的功能。本文主要研究工作如下:第一,确定材料仿真中的材料属性参数。各部位材料制样后进行单轴拉伸实验、应力松弛试验和循环拉伸试验,拟合后讨论了橡胶材料Mooney-Rivilin模型、Yeoh模型、Neo-Hookean模型等本构方程的匹配程度。最终,选用Yeoh模型作为仿真中橡胶材料的材料模型,实测曲线作为E-TPU材料模型曲线。第二,对E-TPU材料的最佳成型工艺与性能进行探究。设计正交试验讨论了成型温度、成型时间、成型压力以及材料的密度四种因素对E-TPU材料的影响。结果发现,140℃、8 MPa、15 min是此聚氨酯发泡颗粒最佳成型温度。第三,对内支撑体材料E-TPU和橡胶材料进行回弹仿真模拟,与实际实验对比后验证材料属性的准确性,同时探究回弹过程中能量的变化情况。结果发现,仿真结果与实验结果匹配程度高,验证了材料属性的准确性;损耗的大部分动能被材料吸收,少部分转化为热能散失到空气中。第四,设计了两种类型的内支撑体安全轮胎,基于有限元软件ABAQUS,对内支撑体结构进行设计,结合仿真分析结果,对内支撑体尺寸进行优化,最终达到标准工况时不影响轮胎操控性和舒适性,当轮胎缺气时能够支撑载荷,继续行驶一定距离。第五,选择生产难度较低、安全性能较优的方案生产样胎并测试性能,测试结果与静态仿真结果基本一致,目前达到能够有效支撑轮胎安全行驶15 km,内支撑体除表面破损外内部结构依然完整。