شبیه‌سازی حرکت حالت پایای تایر رادیال با استفاده از مدل ابرگرانروکشسان برای پیش‌بینی مقاومت غلتشی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تهران، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، پژوهشکده فرایند، گروه فرایند و مهندسی لاستیک، صندوق پستی ۱۱۲-۱۴۹۷۵

چکیده

در کار پژوهشی حاضر حرکت حالت پایای تایر رادیال سواری در مسیر مستقیم با هدف پیش‌بینی متغیرهای عملکردی تایر به ­ویژه مقاومت غلتشی شبیه‌سازی شده است. شبیه­‌سازی براساس روش اجزای محدود و با استفاده نرم‌افزار Abaqus انجام شد. ابتدا تایر رادیال با اندازه 185/65R15 انتخاب و سپس مدل دوبعدی متقارن محوری تایر با استفاده از اجرای مربوط ساخته و پس از جانشانی روی رینگ زیر بار فشار باد تحلیل شد. به دنبال آن با دوران مدل دوبعدی حول محور چرخش، مدل سه­‌بعدی تایر ایجاد و زیر بار عمودی ایستا و غلتش مسیر مستقیم با سرعت خطی ثابت در دستگاه لاگرانژی- اولری اختیاری (arbitrary Lagrangian-Eulerian) قرار گرفت. برای تعیین مقدار سرعت زاویه‌ای غلتش آزاد متناظر با سرعت خطی تایر از زیر‌برنامه اختصاصی که در این پژوهش نوشته و به نرم‌افزار اصلی پیوند زده شده بود استفاده شد. دو مجموعه تحلیل جداگانه روی تایر انجام شد. در تحلیل نخست رفتار مکانیکی اجزای لاستیکی با مدل ابرکشسان Ogden انجام شده در حالی که در تحلیل دوم رفتار لاستیک به­‌طور ابرگرانروکشسان فرض و با معادله تلفیقی Ogden و سری Prony بیان شد. با رسم نمودار نیروی طولی برحسب سرعت زاویه‌ای مقدار اختلاف نیرو در دو حالت گفته شده به­ دست آمد که به نیروی مقاومت غلتشی تایر ربط داده شد. برای تعیین مقدار دقت و صحت نتیجه به­ دست آمده این مقدار با داده‌های تجربی حاصل از آزمون تعیین مقاومت غلتشی مقایسه شد که حاکی از دقت زیاد روش پیشنهادی است. همچنین برای بررسی بیشتر، توزیع فشار ناحیه تماسی نیز مطالعه و تفاوت برای دو مدل مکانیکی نامبرده بحث و بررسی شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Steady State Analysis and Prediction of Rolling Resistance for a Moving Radial Tire Using Hyper-Viscoelastic Model

نویسندگان [English]

  • Mir Hamid Reza Ghoreishy
  • Ghasem Naderi
Department of Rubber Processing and Engineering, Faculty of Processing, Iran Polymer and Petrochemical Institute, P.O. Box: 14975-112, Tehran, Iran
چکیده [English]

A 185/65R15 steel belted radial tire was analyzed for the prediction of its rolling resistance using finite element method. The Abaqus code was used for this purpose. A two-dimensional axisymmetric model was first designed to form the tire layout in the mold. After analyzing for rim mounting, an internal pressure was applied to the tire. Having rotated the tire cross-section about rolling axis, a three-dimensional model was then created and used for the analyses under static vertical load and steady state rolling conditions. Owing to the use of arbitrary Lagrangian/Eulerian framework, a constant linear velocity was assumed and the analysis was performed for a range of angular velocity of the tire. An in-house developed user subroutine was employed and linked to the Abaqus for the accurate determination of the free rolling rotational speed (angular velocity) of the tire based on zero force/torque. Two sets of analyses were performed. In the first set, it was assumed that the mechanical behaviors of the rubbery parts could be described by the well-known Ogden hyperelastic model. In the second set, hyper-viscoelastic behaviors were assumed in which the Ogden model was combined with the Prony series to take the material history and time effect into consideration. The difference between the calculated longitudinal forces in rolling state using the mentioned models was attributed to the rolling resistance of the tire. In order to check the accuracy of the proposed method, the predicted rolling resistance force was compared with that of experimentally obtained data which confirmed the applicability and robustness of the model. The contact pressure distributions have been presented and discussed in relation to different types of material model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • tire
  • finite element method
  • steady state rolling
  • hyper-viscoelastic
  • rolling resistance