研发背景
20世纪70年代以来，随着汽车工业的迅猛发展，轮胎工业也有了迅猛发展。各大轮胎公司.研究院所和高等院校投入了大量的人力和物力对子午线轮胎进行深入的有限元分析研究，以期进一步提高子午线轮胎的性能。

有限元分析，即使用有限元方法来分析静态或动态的物体或系统。在这种方法中一个物体或系统被分解为由多个相互联结的.简单.独立的点组成的几何模型。在这种方法中这些独立的点的数量是有限的，因此被称为有限元。由实际的物理模型中推导出来得平衡方程式被使用到每个点上，由此产生了一个方程组，这个方程组可以用线性代数的方法来求解。有限元分析的精确度无法无限提高，元的数目到达一定高度后解的精确度不再提高，只有计算时间不断提高。

有限元分析可被用来分析比较复杂的.用一般的代数方法无法足够精确地分析的系统，它可以提供使用其它方法无法提供的结果。在实践中一般使用电脑来求解在分析时出现的巨量的方程组。

有限元分析通常借助计算机软件完成，著名工程软件有 MSC.NASTRAN，MSC MARC，ADINA，LS-DYNA，ANSYS， ABAQUS等。

子午线轮胎的材料和结构都比较复杂，又有非线性的特点，给轮胎有限元分析带来巨大的困难。轮胎的橡胶材料具有大变形和近似不可压缩的超弹性，帘线-橡胶复合材料实质上是由作为增强相的帘线在基体相橡胶中排列组成的刚柔相辅的复合材料，呈现明显的各向异性。对子午线轮胎而言，胎体帘线呈径向分布，带束层帘线斜向排列，通常将这种材料看作正交各向异性材料或各向异性材料。轮胎的大位移.小应变具有明显的非几何线性，轮胎与轮辋以及轮胎与地面接触非线性边界条件等都是轮胎有限元分析的难点。

应用范围
轮胎工业

技术路线及原理
自2000年开始，课题组一直从事轮胎和其它橡胶制品的非线性有限元分析和结构优化，先后与多家橡胶企业和轮胎公司合作。产品分析案例包括轮胎(全钢子午胎.半钢子午胎.斜交巨型工程胎).空气弹簧.橡胶履带.橡胶减振件的动态.静态刚度分析，以及橡胶密封制品等的性能分析和结构优化。

采用国际上公认的非线性求解能力最好的大型有限元软件ABAQUS。另外，采用近年来国际上先进的单元形式－加强筋单元，可分别得到基体和钢丝帘线的受力和变形情况。

技术特色
1)橡胶.钢丝帘线的材料测试试验的方法确定和材料参数的准确获得 采用精度高的拉力测试设备和选用合理本构模型，建立全钢子午线轮胎的材料数据库。 2)轮胎非线性有限元模型的合理建立，针对不同轮胎的单元的合理运用。 根据经验合理建立几何模型，确定合理的计算参数，并合理简化计算模型。

经济效益分析
早期的轮胎生产完全凭经验进行，并无理论可言。最先提出的自然平衡轮廓理论就带有明显的想象和经验色彩。另一方面，轮胎结构设计理论的发展是与轮胎力学分析理论的发展息息相关的。随着轮胎力学分析理论从网络理论.薄膜理论.层合理论.薄壳理论发展到有限元分析理论，轮胎结构设计理论也从自然平衡轮廓理论.最佳滚动轮廓理论发展到动态模拟最佳轮廓理论以及第二代预应力和动平衡轮廓设计理论等十多种理论。

这些理论都是针对轮胎的某些特定功能或特定规格的轮胎进行改进而提出的，并没有“普适定律”。有些理论从严格意义上来说并不能称之为理论，应当称之为技术，只是某些公司出于宣传的需要，把它“上升”到理论的高度。这些理论的共同特点就是计算机技术和有限元法的共同运用，通过分析轮胎结构的力学性能，实现对轮胎整体结构的优化，并运用仿真的方式来进一步检验和优化，逐步达到满意的程度。

汽车工业的飞速发展为轮胎工业的发展提供了更大的推动力，也对其提出了更高的要求。而轮胎作为一种由多种材料复合而成的复杂结构，没有普适的理论或者经验公式直接用于指导其设计。因此，有限元理论必然将在轮胎分析设计中发挥越来越重要的作用，具有极大市场潜力和经济效益，为提升赛轮产品的设计手段.产品质量具有极大的意义。