轮胎作为汽车唯一与地面接触的部件,对汽车行驶的安全性有着至关重要的作用。作为一种帘线和橡胶构成的复合材料结构,它具有典型的疲劳失效特征。胎圈处产生的疲劳失效作为轮胎主要的疲劳失效形式之一,受到了轮胎业界的广泛关注。目前,对轮胎胎圈处的疲劳寿命的研究主要依靠试验方法,但试验法费时费力,严重影响了研发效率。如何准确、简单、有效的预测出胎圈处的疲劳寿命,是亟待解决的问题。本文以某规格的子午线轮胎为研究对象,结合胶料疲劳试验与有限元法对胎圈的疲劳寿命进行了预测,并对轮胎结构进行了优化。首先,基于Abaqus软件建立了轮胎的自由滚动有限元模型,利用径向刚度试验验证了模型的有效性。以最大应变能密度幅值ΔSEDmax作为轮胎疲劳评价的参数,并利用该幅值确定了胎圈胶料在一定工况下的最大应变能密度幅值。通过胎圈胶料的单轴拉伸疲劳试验加载,确定了各胶料的关于最大应变能密度幅值的疲劳寿命方程。结合有限元的计算结果对轮胎的胎圈疲劳寿命进行了预测,并与轮胎疲劳试验的结果进行了对比,说明了这种预测方法的准确性和合理性。以最大应变能密度幅值作为设计响应,胎圈处的结构参数为设计变量,建立了胎圈疲劳寿命与胎圈结构参数的关系;在灵敏度分析结果的基础上选择合理的胎圈结构参数进行结构优化。综合运用Kriging近似模型和模拟退火优化算法对轮胎胎圈结构参数进行了优化设计,并提出了优化方案。利用有限元分析方法对优化方案进行了综合性能的分析;通过耐久性试验验证了结构优化方案的有效性,也证明了本文采用的寿命预测方法的合理性。综上所述,本文基于最大应变能密度幅值,研究了一种较为合理的胎圈疲劳寿命预测方法,可以实现对轮胎胎圈及其他关键部位的疲劳寿命的有效预测,能显著提升轮胎疲劳寿命研究的效率,具有较高的实用性。