汽车的许多重要性能都与轮胎的力学特性有关。然而,轮胎的结构和材料特性复杂,传统的轮胎设计理论并不能满足设计需求。为满足车辆对轮胎特性的使用要求,加快设计开发过程,有限元分析方法已经成为改进轮胎设计的重要工具。本研究为与广州市华南橡胶轮胎有限公司的合作项目,以求通过有限元仿真方法,从根本上解决轮胎产品的刚度特性不能很好地满足车辆的使用要求,及其制动时轮胎与路面的摩擦力不足等情况。整个研究过程是建立在深入研究子午线轮胎结构和材料特性的基础上,针对175/65R14型子午线轮胎,通过Hypermesh软件进行网格划分,再使用商业有限元软件Abaqus建立不计横向花纹的纵沟槽轮胎有限元模型和考虑复杂花纹的轮胎有限元模型。为真实反映轮胎的材料特性,本文采用Yeoh模型模拟超弹性橡胶材料,加强筋模型模拟橡胶-帘线复合材料。首先,对比分析纵沟槽轮胎模型与复杂花纹轮胎模型在径向刚度方面的仿真精度与计算效率,得出胎面花纹对轮胎整体力学特性影响不大的结论。本文除分析花纹接地印迹外,均采用简化的纵沟槽轮胎的模型,以提高求解速度。其次,在充分考虑轮胎的几何非线性、材料非线性和接触非线性的基础上,使用Abaqus软件的隐式计算方法,先模拟轮胎装配和充气过程,再全面分析轮胎的“五刚”特性,即径向刚度、侧向刚度、纵向刚度、扭转刚度和包覆刚度特性。并通过与试验结果对比,验证模型的有效性。在此基础上,本文着重分析了垂直载荷作用下花纹接地印迹特性和轮胎各结构的受力变形情况,以及带束帘线角对径向刚度的影响。其研究成果有助于预测轮胎五刚特性和促进轮胎的结构优化。最后,研究轮胎与路面的附着机理,使用Abaqus/Standard的稳态传输分析方法,建立轮胎稳态滚动有限元模型。考虑惯性效应,通过控制轮胎平动速度和转动速度,仿真分析制动时轮胎的接地摩擦力特性。得出纯制动工况时纵向摩擦力与滑移率的关系,以及侧偏/制动联合工况时侧向摩擦力与纵向摩擦力的特性。