本發(fā)明涉及輪胎，更進一步涉及一種非充氣裝配式車輪、成型裝置及支撐體單元生成方法。

背景技術(shù)：

1、輪胎作為車輛與路面相互接觸的唯一部件，是車輛驅(qū)動系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，其具有承受載荷、產(chǎn)生驅(qū)動力、減小路面振動等基本功能，影響車輛的操縱穩(wěn)定性、駕駛舒適性、乘坐舒適性以及其他方面的車輛性能。近年來，車輛安全性的提升和行駛環(huán)境的多樣性對輪胎提出了越來越高的要求。針對普通城市道路，現(xiàn)有普通充氣輪胎能基本滿足其使用需求，但是現(xiàn)有普通充氣輪胎存在爆胎穿刺、花紋變形嚴重、胎冠花紋溝閉合、使用功能被密封空氣的要求所局限、制造工藝復(fù)雜，無法滿足現(xiàn)代化車輛的多功能性能需求。

2、開發(fā)安全、耐用、防爆的輪胎技術(shù)已成為當(dāng)下科研機構(gòu)、輪胎企業(yè)的重要攻關(guān)項目之一。目前，輪胎安全技術(shù)研究主要分為提高充氣輪胎安全性能和采用非充氣輪胎技術(shù)消除爆胎隱患兩條技術(shù)路線，充氣的安全輪胎只能作為緊急安全措施，不能從根本上消除安全隱患，因此，對非充氣輪胎的研究已成為必然的發(fā)展趨勢。

3、并且，非充氣輪胎因其自身的特殊力學(xué)性能，在非結(jié)構(gòu)化路面的表現(xiàn)比傳統(tǒng)非充氣輪胎更加出色。軍用車輛需要在各種惡劣的地形和環(huán)境條件下執(zhí)行任務(wù)，包括沙漠、山地、叢林等。非充氣輪胎不受氣壓損失和刺穿的影響，具有較強的耐用性和可靠性，能夠保證車輛在任何條件下的行駛穩(wěn)定性和可用性。在戰(zhàn)場環(huán)境中，軍用車輛經(jīng)常面臨來自地雷、爆炸物和敵方火力的威脅。非充氣輪胎由于不含空氣，能夠在受到刺穿或爆破時繼續(xù)行駛，提高了車輛的生存性和機動性。

4、此外，在農(nóng)業(yè)場景，可能有較多的植被覆蓋，如草叢、灌木等，這可能影響輪胎的行駛和作業(yè)效率，需要輪胎具備一定的抗刺穿能力。農(nóng)業(yè)環(huán)境的地形起伏較大，存在坡度較陡的地形，在此地區(qū)工作時需要應(yīng)對地勢變化，可能需要攀登陡坡或在崎嶇的地形中行駛，增加了輪胎爆胎漏氣的風(fēng)險。非充氣輪胎技術(shù)具有抗穿刺能力強、防爆和無需充氣維護等優(yōu)勢，在農(nóng)業(yè)輪胎中的應(yīng)用具有顯著的優(yōu)勢，能夠提高農(nóng)機的可靠性、穩(wěn)定性和耐久性，適應(yīng)農(nóng)業(yè)場景下復(fù)雜地形和惡劣氣候條件下的作業(yè)需求。隨著非充氣輪胎行業(yè)的快速發(fā)展和趨向成熟，將本發(fā)明應(yīng)用于軍工車輛、農(nóng)業(yè)機械、工業(yè)車輛等特殊場景下的非結(jié)構(gòu)化道路。

5、如何提升非充氣式車輪的性能，是目前需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的核心是提供一種非充氣裝配式車輪，利用負泊松比結(jié)構(gòu)的支撐體代替充氣輪胎的充氣部件，有效提升輪胎的行駛承載性和側(cè)向穩(wěn)定性，同時使其具有優(yōu)越的側(cè)向剛度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗沖擊性能，保證車輛在各種路面工況的正常行駛，具體方案如下：

2、一種非充氣裝配式車輪，包括呈環(huán)狀的支撐體，所述支撐體包括若干呈同心環(huán)狀的支撐晶格層，每層所述支撐晶格層包括若干負泊松比單胞和連接件，同一所述支撐晶格層中相鄰的兩個所述負泊松比單胞通過所述連接件實現(xiàn)連接；相鄰兩層所述支撐晶格層的所述負泊松比單胞直接相連或者通過所述連接件相連；

3、所述負泊松比單胞、以及所述負泊松比單胞與所述連接件圍成的空腔分別沿所述支撐體的軸線方向延伸設(shè)置。

4、可選地，所述負泊松比單胞、以及所述負泊松比單胞與所述連接件圍成的空腔中，至少部分空腔沿所述支撐體的軸線方向貫通設(shè)置。

5、可選地，所述負泊松比單胞包括長元胞壁、短元胞壁、上水平元胞壁和下水平元胞壁，兩個所述長元胞壁的頂端分別連接于所述上水平元胞壁的兩端；兩個所述短元胞壁的頂端分別連接于所述下水平元胞壁的兩端；一個所述長元胞壁的底端與一個所述短元胞壁的底端分別連接，并連接于所述連接件。

6、可選地，同一層所述支撐晶格層的各個所述負泊松比單胞尺寸相等；按照同心圓的徑向方向，不同層的所述負泊松比單胞的尺寸按照內(nèi)小外大的規(guī)律逐漸變化；

7、一個所述負泊松比單胞的所述上水平元胞壁與相鄰一層所述下水平元胞壁相對固定。

8、可選地，所述負泊松比單胞為四邊均呈內(nèi)凹設(shè)置的四角星形；

9、同一層當(dāng)中的所述負泊松比單胞的側(cè)邊通過所述連接件連接；相鄰兩層所述負泊松比單胞的側(cè)邊通過所述連接件連接。

10、可選地，所述負泊松比單胞為雙邊內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，包括兩個相對設(shè)置的直邊和兩個相對設(shè)置的內(nèi)凹側(cè)邊；

11、同一層當(dāng)中的所述負泊松比單胞的內(nèi)凹側(cè)邊通過所述連接件連接；相鄰兩層所述負泊松比單胞的直邊固定連接。

12、可選地，所述支撐體的外周設(shè)置胎面體，所述胎面體固定于最外層的所述支撐晶格層；

13、所述胎面體包括胎面膠、帶束膠、胎體膠、帶束層、簾布層；所述胎面膠設(shè)置用于與地面接觸的花紋。

14、可選地，還包括固定于所述支撐體內(nèi)圈的輪轂，所述輪轂?zāi)軌虬惭b于車體；

15、所述輪轂包括輪心、輪輻、輪輞，所述輪輻的內(nèi)端固定于所述輪心，外端固定于所述輪輞。

16、可選地，所述輪輻的外端固定于所述輪輞的正中心；

17、和/或，所述輪輞的兩端分別設(shè)置于限位所述支撐體的軸向限位凸環(huán)；

18、和/或，所述輪輻和所述輪輞設(shè)置條形溝槽；所述輪輻上設(shè)置減重孔；

19、和/或，所述輪輞的外表面為非圓柱面。

20、本發(fā)明還提供一種成型裝置，應(yīng)用于上述的非充氣裝配式車輪，包括依次設(shè)置的下模具、中模具和上模具，所述下模具和所述上模具分別包括支撐座、支撐體成型柱、輪轂定位座，所述支撐體成型柱和所述輪轂定位座固定于所述支撐座，所述支撐體成型柱沿支撐體的軸線方向延伸，用于成型所述支撐體的負泊松比單胞與連接件，所述負泊松比單胞、以及所述負泊松比單胞與所述連接件圍成的空腔分別沿所述支撐體的軸線方向延伸設(shè)置；所述輪轂定位座用于定位輪轂；

21、所述中模具的中間設(shè)置成型空腔，其側(cè)壁設(shè)置用于成型胎面膠的花紋。

22、可選地，所述支撐體成型柱呈底大頂小的漸縮結(jié)構(gòu)；

23、所述中模具的兩側(cè)凸出設(shè)置脫模耳板。

24、本發(fā)明還提供一種支撐體單元生成方法，包括：

25、在abaqus二次開發(fā)環(huán)境中，先利用python語言的草圖程序完成支撐體單胞的草圖繪制，再利用圓周陣列、平移的python指令，完成支撐體的參數(shù)化設(shè)計；其中，所述草圖繪制包括：

26、定義的長元胞壁長度l、長元胞壁與對稱軸之間的夾角θ1和短元胞壁與對稱軸之間的夾角θ2，長元胞壁寬度t1、短元胞壁寬度t2和水平元胞壁長度n；

27、對雙箭頭負泊松比微結(jié)構(gòu)的單胞結(jié)構(gòu)的二分之一進行平面解析定位，以第1層距離b1點為n/2的o點為坐標(biāo)原點，建立坐標(biāo)系，以l、θ1、θ2、t1、t2和n六個單胞參數(shù)建立幾何控制坐標(biāo)；

28、由雙箭頭結(jié)構(gòu)的幾何關(guān)系得到以下點的坐標(biāo)：

29、

30、b1(n/2,0)

31、c1(n/2+lsinθ1,lcosθ1)

32、d1(n+lsinθ1,lcosθ1)

33、繼而，獲得直線h1e1、h1j1、k1c1方程：

34、

35、

36、根據(jù)上述直線方程交點及幾何關(guān)系，獲得第一層其他單胞控制點坐標(biāo)如下：

37、

38、其中，分別為h1的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，代表c2的縱坐標(biāo)，對單胞結(jié)構(gòu)的二分之一進行鏡像，完成支撐體單胞草圖繪制；并圓周陣列，完成第一層控制坐標(biāo)的平面解析；將第一層單胞結(jié)構(gòu)的控制坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為基于abaqus有限元軟件的python程序，完成第一層單胞結(jié)構(gòu)的草圖繪制；

39、確定角度梯度因子qθ和長度梯度因子ql：

40、

41、其中，i和i+1表示梯度方向上的第i層和第i+1層；

42、將上述繪制第一層單胞草圖的python命令轉(zhuǎn)化為子函數(shù)，以角度梯度因子qθ和長度梯度因子ql作為輸入?yún)?shù)，將角度梯度因子qθ和長度梯度因子ql寫入子函數(shù)，通過對應(yīng)的命令調(diào)用子函數(shù)完成其他梯度層的草圖繪制；

43、

44、其中，li表示第i層長元胞壁長度，θ1i、θ2i分別為第i層長元胞壁與對稱軸的夾角與短胞壁與對稱軸的夾角；

45、利用python循環(huán)指令逐層完成單胞草圖繪制后，再利用控制點ci，再將每層單胞草圖按順序平移到對應(yīng)的位置，第k層在梯度方向上移動的距離dy表示為：

46、

47、其中，分別為第i層ci和ci+1的縱坐標(biāo)；

48、得到梯度方向上的高度表達式hy：

49、

50、其中，為第m層中cm的縱坐標(biāo)；

51、最終完成整個梯度支撐體的參數(shù)化設(shè)計。

52、本發(fā)明提供一種非充氣裝配式車輪，環(huán)狀的支撐體包括若干支撐晶格層，各層支撐晶格層呈同心環(huán)狀，每個支撐晶格層包括若干負泊松比單胞和連接件，同一支撐晶格層中相鄰的兩個負泊松比單胞通過連接件連接；相鄰兩層支撐晶格層的負泊松比單胞直接相連或者通過連接件相連；負泊松比單胞沿支撐體的軸線方向呈貫通設(shè)置，且負泊松比單胞與連接件圍成的空腔沿支撐體的軸線方向呈貫通設(shè)置。負泊松比結(jié)構(gòu)受力時其橫向變形方向與通常材料相反，軸向受壓時橫向收縮，軸向拉伸時橫向膨脹，具備高可設(shè)計性、高比強度、高比剛度、良好的吸能能力、抗疲勞性能等特點，本發(fā)明利用負泊松比結(jié)構(gòu)代替充氣輪胎的充氣部件，有效提升輪胎的行駛承載性和穩(wěn)定性，同時使其具有優(yōu)越的側(cè)向剛度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗沖擊性能，保證車輛在各種路面工況下的正常行駛。