子午线轮胎以其性能优势逐步替代了斜交轮胎,无内胎子午线轮胎凭借其优异的高速安全性和节能经济性已然成为市场的主流发展趋势。虽然经过了多年研究,国内外无内胎子午线轮胎技术仍然存在很多亟待解决的难点问题,例如如何提升其冠部耐久性和接地性能。本文借助有限元分析手段,对无内胎轮胎进行了优化设计研究。针对轮胎传统结构设计流程存在的弊端,介绍了辅以有限元分析技术的现代轮胎结构设计方法,并对轮胎复合材料本构模型的选取进行了探讨,阐述了无内胎轮胎仿真建模方法,在此基础上,进行了轮胎结构优化,实现了提高轮胎性能的目的。以245/70R17.5无内胎轮胎为研究对象,通过调整带束层结构/材料、冠部材料布置、内外轮廓等设计变量,形成不同设计方案,通过有限元分析对比相关参数(外缘尺寸、肩部剪力与应变能密度、骨架材料拉应力等),并进行室内耐久测试验证。研究表明:无内胎的轮廓设计对其冠部性能影响最大,肩部与平衡轴之间的外轮廓和肩部对应的内轮廓是优化重点,轮廓设计最优方案的冠部耐久性能提升了34.5%;带束层材料复合结构的调整所带来的优化空间有限;工作层宽度减窄不利于冠部优化;工作层材料的调整对冠部影响较小;有限元分析参数中肩部应变能密度、肩部剪应力和带束层拉应力可作为重要判据。利用数值模拟分析了冠弧、冠厚、肩冠比、内轮廓等设计变量对普通公制系列和宽基无内胎规格接地印迹和压力分布的影响,并进行成品轮胎接地印迹测试。研究表明:对于普通公制系列规格,采用中间为小半径的两段冠弧设计,改善了印迹中间内凹的问题;对于宽断面规格,采用肩部为小半径的两段冠弧设计,改善了印迹边缘反翘的问题,且合适的中间冠弧、肩部对应内轮廓曲线是优化压力分布的重点,着合宽度、平衡轴位置的影响较小;有限元分析结果中接地压力分布云图、矩形系数和锥形系数可以作为重要判据。