An Amplitude, Temperature and Prestrain Dependent Constitutive Model of Dynamic Modulus for Tire Rubbers

This paper proposed a constitutive model to represent amplitude, temperature and prestrain dependence of dynamic modulus for tire rubbers.  Firstly, the amplitude sweeps (0.1-5%) for a tire rubber were performed at different temperatures (range from 0 to 100℃) and prestrains (range from 0.07 to 0.5). The results indicate the tensile storage and loss modulus are dependent on amplitude (i.e. Payne effect), temperature (decrease with increasing temperatures) and prestrain (decrease initially and then increase with increasing prestrains).  Then the complex test data were represented by the Kraus model at fixed temperatures/prestrains. The characteristic strain amplitude ε_c and the empirical exponent m in the model can be seen as independent of temperature and prestrain, while the remaining parameters of the model are decay exponentially with increasing temperatures and grow exponentially with increasing prestrains.  Finally the extended Kraus model was constructed by taking into account the temperature and prestrain dependence of the Kraus fit parameters, and the unified fits by this new model were carried out. The fit results show the new model can represent the amplitude, temperature and prestrain dependence in parallel with good accuracy, thus it can predict changes in dynamic modulus of tire rubbers with temperature and prestrain. This material model can be applied in the prediction of tire rolling resistance and tire temperatures with good accuracy.