تحليل گرمايي تاير

Thermal Analysis of Tire

مهمترين عامل تهديدكننده آميزه‌هاي لاستيكي به كار رفته در تاير، گرماست. گرما موجب تخريب خواص فيزيكي و ساختمان شيميايي آميزه‌ها شده و دوام و پايداريشان را به ميزان قابل ملاحظه‌اي كاهش مي‌دهد. توليد گرما در تاير، عمدتاً در نتيجه تغيير شكلهاي ويسكوالاستيكي1 تاير و اصطكاك داخلي آن در طي حركت غلتشي در جاده، صورت مي‌پذيرد. علاوه بر آن، بخشي از گرماي توليد شده، در نتيجه اصطكاك لغزشي تاير با جاده نيز به سطح خارجي تاير منتقل مي‌شود. پيش‌بيني توان تلف شده و ميزان گرمازايي2 و افزايش دماي ناشي از آن، در بخشهاي مختلف تاير مي‌تواند در فرايند تحليل و طراحي تاير براي شناسايي نواحي آسيب پذير و اصلاح و بهبود ساختمان داخلي تاير مورد استفاده قرار گيرد. در پژوهش حاضر، ابتدا داده‌هاي مورد نياز تحليل گرمايي شامل قابليت هدايت گرمايي آميزه‌هاي لاستيكي تاير، مؤلفه‌هاي نيروي مقاومت غلتشي3 و ميزان گرمازايي ناشي از آنها تعيين شده، سپس رفتار ترمومكانيكي تاير در حركت بر سطح جاده به عنوان يك فرايند بازگشت ناپذير ترمومكانيكي، در حالت يكنواخت، مورد بررسي و تحليل قرار گرفته است. نهايتاً با نوشتن يك برنامه رايانه‌اي اجزاي محدود، مقطع عرضي يك تاير باياس4 سواري در حال حركت، شبيه سازي شده و توزيع دما در بخشهاي مختلف آن براورد شده است. نتايج حاصل از پيش بيني رفتار تاير در شرايط كاري مختلف نشان مي‌دهد كه اجزاي تاج5 و كركس6 در مجاور ناحيه شانه، به خصوص در سرعتهاي زياد و تحت بارهاي سنگين با بيشترين افزايش دما مواجه مي‌شوند

One of the great enemies of rubber compounds is heat. Heat will cause chemical and physical degradation of vulcanized rubber as well as a considerable loss in its strength. A major source of heat generation in a tire is due to internal friction resulting from the viscoelastic deformation of the tire as it rolls along the road. Another source of heat generation in a tire is due to its contact friction with the road. Prediction of the temperature rise at different parts of the tire will help to detect the behavior of the tire as regards its strength and its failure. In the present work, initially the data required for the thermal analysis of the tire are determined which include: the thermal conductivity of rubber compounds, the tire rolling resistance and its heat build-up rate. The thermomechanical analysis of a typical tire then follows based on the thermodynamics of an irriversible process. The mechanical dissipatives, i.e. the hystersis losses are assummed to be the major source of heat in the mathematical formulation. A finite element code is developed for two-dimensional heat transfer analysis of the tire. The results obtained show that the highest temperature rise will occur on the carcass-tread interface in a tire specially at heavy loading and under high speed conditions. Keywords: Heat Generation, Rubber, Contact Friction, Design, Finite Element, Viscoelastic Deformation