شبیه‌سازی رایانه‌ای و بررسی تجربی تغییرشکل در تایر رادیال سواری زیر بارهای ایستا به روش اجزای محدود

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تهران، پژوهشگاه پلیمروپتروشیمی ایران، پژوهشکده فرایند، گروه فرایند و مهندسی لاستیک، صندوق پستی 112-14975

چکیده

در پژوهش حاضر شبیه‌سازی تایر رادیال زیر بار‌های مختلف عمودی، برشی (طولی و جانبی) و پیچشی ایستا بررسی و محاسبات با نرم‌افزار MSC.MARC‌ روی سامانه رایانه‌ای مبتنی بر پردازش موازی انجام شد. برای مدل‌سازی بخش‌های لاستیکی از اجزای هیبریدی که در آن تغییر مکان و فشار به‌طور هم‌زمان درنظر گرفته شده است، همراه با دو مدل ابرکشسان Marlow و Yeoh و برای اجزای لیفی از اجزای میله‌ای همراه با مدل کشسان خطی استفاده شد. مدل‌سازی در دو حالت دو‌بعدی با تقارن محوری برای بارگذاری‌های جانشانی و بادشدن تایر و سه‌بعدی برای اعمال بارگذاری‌های عمودی، برشی و پیچشی انجام شد. از چند شبکه مختلف اجزا (خطی و مرتبه دوم) همراه با چگالی‌های مختلف از لحاظ تعداد و آرایش اجزا استفاده و شبکه بهینه معین شد. با استفاده از نمودار‌های نیرو بر حسب تغییر مکان (و گشتاور بر حسب زاویه ‌پیچش) به‌دست‌ آمده از شبیه‌سازی‌های انجام شده، مقادیر سفتی‌های عمودی، طولی، عرضی و پیچشی محاسبه ‌شدند. این داده‌ها با مقادیر اندازه‌گیری شده تجربی که به کمک دستگاه اندازه‌گیری سفتی انجام شده بود، مقایسه شد که حاکی از دقت بسیار خوب مدل در پیش‌بینی سفتی شعاعی است. اما سفتی‌های طولی، عرضی و پیچشی با دقت کمتری محاسبه شدند که علت این مسئله نیز به عدم قابلیت اجزای میله‌ای در لحاظ‌کردن دقیق نیرو‌های برشی و خمشی کامپوزیت لاستیک و الیاف بلند برمی‌گردد. از این‌رو، ایجاد و توسعه مدل‌های مواد و فنون جدید‌تر مدل‌سازی کامپوزیت لاستیک -الیاف برای درنظرداشتن رفتار‌های یاد شده ضروری است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Computer Simulation and Experimental Study of Deformation in a Radial Tire under Different Static Loads Using Finite Element Method

نویسندگان [English]

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

This research work is devoted to the simulation of a steel-belted radial tire under different static loads. The nonlinear finite element calculations were performed using the MSC.MARC code, installed on a computer system equipped with a parallel processing technology. Hybrid elements in conjunction with two hyperelastic models, namely Marlow and Yeoh, and rebar layer implemented in surface elements were used for the modeling of rubbery and reinforcing parts, respectively. Linear elastic material models were also used for the modeling of the reinforcing elements including steel cord in belts, polyester cord in carcass and nylon cord in cap ply section. Two-dimensional axisymmetric elements were used for the modeling of rim-mounting and inflation and three-dimensional models were developed for the application of the radial, tangential, lateral and torsional loads. Different finite element models were developed, in which both linear and quadratic elements were used in conjunction with different mesh densities in order to find the optimum finite element model. Based on the results of the load deflection (displacement) data, the tire stiffness under radial, tangential, lateral and torsional loads were calculated and compared with their corresponding experimentally measured values. The comparison was verified by the accuracy of the measured radial stiffness. However, due to the neglecting of the stiffness in shear and bending modes in cord-rubber composites, modeled with rebar layer methodology, the difference between computed values and real data are not small enough so that a more robust material models and element formulation are required to be developed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • tire
  • finite element method
  • MSC.MARC
  • software static loads
  • radial
  • tangential
  • lateral
  • and torsional stiffness