轮胎在服役过程中始终处于充气状态,亦即轮胎橡胶材料一直处于受力的状态,在载荷和热的共同作用之下,轮胎橡胶材料经历近似恒定预应力下的热氧老化过程。现有的对轮胎橡胶材料进行的模拟热氧老化的研究大多数都采用恒定应变的加载条件,但是由于轮胎橡胶材料存在应力松弛的现象,使得轮胎橡胶材料在老化测试的过程中应力会随着时间逐渐衰减,因此无法准确反映轮胎橡胶材料在实际服役状态下的老化情况。本文对轮胎橡胶材料在预应力作用下的老化行为进行研究,通过试验和有限元软件仿真计算相结合的方式,研究轮胎橡胶材料在近似恒定预应力作用下的热氧老化过程,并进一步分析此过程中轮胎橡胶材料力学行为的变化规律,为轮胎结构的设计、分析及优化提供基础数据,这对提高轮胎的耐久性具有很重要的意义。为了研究轮胎在服役过程中的老化情况及力学行为的变化规律,本文对轮胎橡胶材料开展了恒定预应力作用下的高温加速热氧老化试验研究,并对在不同老化时间、老化温度以及不同大小的预应力加载条件下热氧老化后的轮胎橡胶材料进行准静态拉伸测试和硬度测试,并对轮胎橡胶材料在预应力和热共同作用下老化前后的力学性能进行了研究,得到了轮胎橡胶材料的断裂强度、断裂应变、弹性模量和硬度的变化规律,研究结果表明有预应力加载的轮胎橡胶试件相比于无预应力加载的轮胎橡胶试件老化后的断裂强度、硬度和拉伸模量会增大,断裂应变会减小。预应力加载下的热氧老化试验期间轮胎橡胶材料某些力学性能指标的变化与老化时间、老化温度以及预应力的大小之间存在一定的相关性,基于高温加速老化试验得到的数据,建立了轮胎橡胶材料的预应力-老化温度-老化时间的三因素老化模型。轮胎橡胶材料的损伤和断裂是引起轮胎橡胶材料失效的最主要原因,当橡胶材料承受外加载荷时,由于存在微小裂纹而引发的裂纹不断扩展导会致橡胶材料发生破坏,这将会极大地影响轮胎的可靠性和使用寿命。本文利用有限元分析软件对预应力下含预制裂纹的橡胶材料结构进行有限元数值模拟,得到了预应力、老化时间和老化温度对裂纹尖端的J积分的影响规律,进一步给出利用J积分值作为特征参数表征橡胶材料老化的方法。通过阿伦尼乌斯公式利用高温加速老化的实验数据据推算得到自然条件下长时间老化后的J积分的变化规律,研究结果表明随着老化时间的增加J积分值是逐渐递减的。