بررسی تجربی و نظری رفتار مکانیکی کامپوزیت‌های الیاف بلند لاستیک-فولاد با استفاده از روش اجزای محدود و مدل‌های تحلیلی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تهران، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، پژوهشکده فرایند، گروه فرایند و مهندسی لاستیک، صندوق پستی112-14975

چکیده

 این کار پژوهشی اختصاص به مقایسه عملکردی میان روش­‌های مختلف شبیه‌سازی کامپوزیت‌های الیاف بلند لاستیک- فولاد داشته که بخش بسیار مهمی از ساختار تایرهای رادیال را تشکیل می‌دهند. ابتدا مطالعات پیشین انجام شده در زمینه شبیه­‌سازی رفتار این نوع کامپوزیت­‌ها بررسی و سپس روش‌های مختلف شبیه‌­سازی و نقاط قوت و ضعف هر یک بیان شد. در بخش تجربی نمونه‌های کامپوزیت‌ لاستیک با سیم‌های فولادی به همراه نمونه‌‌های جداگانه ماتریس لاستیکی برای بارگذاری در دو حالت کششی و برشی ساخته شده و در آزمون‌های مربوط قرار گرفتند. برای ارزیابی دقت و کارایی این روش‌­ها آزمون­‌های کشش و برش انجام گرفته به روش­‌های مختلف تحلیلی و عددی به‌کمک روش اجزای محدود و با استفاده از مدل­‌های ابرکشسان و ابرگرانروکشسان شبیه‌سازی شدند. نتایج حاصل نشان داد، در هر دو حالت کششی و برشی مقدار دقت پیش‌­بینی­‌ها و نیز همگرایی مدل اجزای محدود بسیار به روش محاسباتی، زاویه آرایش‌یافتگی الیاف نسبت به جهت اعمال نیرو و همچنین مدل ابرکشسان یا ابرگرانروکشسان انتخابی وابسته است. در عین حال در هیچ­ یک از این حالت­‌ها، شبیه­‌سازی نه تنها قابلبت پیش­‌بینی دقیق رفتار غیرخطی نمونه­‌ها تحت اعمال نیروهای برشی را ندارد، بلکه  افزایش دقت مدل­‌سازی با درنظر گرفتن مدل گرانروکشسان برای رفتار لاستیک نیز موجب بهبود نتایج حاصل از شبیه­‌سازی و نزدیک‌شدن آن به داده­‌های تجربی نمی‌شود. بنابراین، در بهره‌گیری از این مدل‌­ها که در نرم­‌افزارهای تجاری نیز وجود دارند و فراوان استفاده می‌شوند. باید نهایت دقت را داشت و خطاهای موجود را در نتایج شبیه‌­سازی و طراحی‌های پس از آن درنظر گرفت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A Theoretical and Experimental Investigation of Mechanical Behavior of Steel-Rubber Long Fiber Composites Using Finite Element Method and Analytical Models

نویسندگان [English]

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

A comprehensive study is launched to compare different simulation techniques for the mechanical behavior of steel cord/rubber composites. A brief literature review is first performed and then various developed computational methods are examined. Uncured pre-shaped steel cord/rubber specimens, collected from a tire factory, were cured with different cord angles. These test samples were tested under tensile and shear modes. In order to check the validity and accuracy of the different computational techniques, the samples were analyzed using both analytical and numerical procedures which were based on the finite element method. The results showed that the accuracy and convergence of the computational methods are highly dependent on the selected numerical approach, the angle between cord and direction of applied load and also the hyperelastic or hyperviscoelastic model used to describe the mechanical behavior of the rubbery part. None of these models could predict nonlinear behavior of the cord/rubber composites in shear mode. Therefore, developing new constitutive models for this purpose is necessary.

کلیدواژه‌ها [English]

  • tire
  • rubber-cord composite
  • finite element
  • simulation
  • mechanical behavior