胎面花纹是轮胎与路面的直接接触部位。刚度是胎面花纹的重要性能参数,它决定着胎面的整体力学性能,对轮胎的制动、转弯、噪声和侧偏等性能都有着重要影响。本文以典型全钢子午胎胎面花纹块为研究对象,采用理论建模与试验研究相结合的方法,结合有限元仿真技术对其刚度特性进行系统研究,为高性能子午线轮胎的研制奠定基础,这不仅具有重要的理论意义,还有着广泛的应用价值。首先,花纹块刚度理论模型的研究。在等截面及变截面花纹块变形特性国内外研究的基础上,提出考虑花纹块形状因子及压缩应变修正系数的计算方法,基于此得到新的刚度理论模型;从花纹截面形状、截面长宽比系数、布置角度及拔模角度等几个方面对花纹块刚度影响因素进行分析,并对典型花纹块刚度值作出预测。其次,研制花纹块刚度测试平台。开发的刚度测试平台结构主要包括法向加载机构、水平进给机构、切向力测试机构及花纹试样夹具等模块。此外,还完成该平台的数据采集及伺服控制系统的设计开发工作。这将为实现胎面花纹刚度试验研究奠定技术基础,是花纹刚度特性研究的有效工具。然后,花纹块刚度特性的试验研究。对典型全钢子午胎胎面花纹块硫化模具进行设计,并完成花纹试样制备;基于开发的试验平台,对六种不同几何形状花纹块的刚度特性进行试验研究,揭示滑移速度及加载载荷等因素对刚度特性的影响规律。与此同时,对理论模型的有效性进行验证。最后,花纹块刚度特性的仿真分析与优化。为拟合橡胶本构模型参数,对橡胶材料力学性能进行测试。采用CATIA三维软件对不同几何形状的花纹块进行几何建模;采用ABAQUS有限元软件建立胎面花纹刚度特性有限元分析模型,基于此,对不同花纹块的接地压力及剪切应力分布规律等刚度特性进行研究。采用正交设计方法对花纹块结构进行优化,以获得最优参数组合,为提高轮胎花纹刚度提供依据。