شبيه سازي رفتار مكانيكي آميزه‌لاستيكي رويه تاير به كمك مدل تلفيقي ابركشسان و پسماند انرژي

Simulating Mechanical Behavior of a Tread Rubber Compound by a Hyperelastic/Hysteresis Model

در اين پژوهش، عملكرد مدل تلفيقي ابركشسان يه‌او (Yeoh) با مدل پسماند انرژي ارايه شده توسط برگشتروم و بويس در پيش بيني رفتار مكانيكي آميزه لاستيكي مورد استفاده در رويه تاير باري سبك ارزيابي شد. بدين منظور، ابتدا آزمون كششي استاندارد ASTM-D412 روي نمونه پخت شده از آميزه مزبور انجام شد. سپس، داده‌هاي به دست آمده به كمك برازش خطي پردازش شدند و پارامترهاي مدل يه‌او به دست آمدند. به دنبال آن سه نمونه لاستيك مستطيلي به طولcm 11 و عرض‌هاي 1،2 و cm 3 تهيه و تحت تغيير شكل كششي با روش اجزاي محدود به كمك نرم‌افزار ABAQUS/Standard شبيه سازي شدند. مقايسه نتايج به دست آمده با داده‌هاي تجربي حاصل از انجام آزمون كششي روي سه نمونه ياد شده مشخص شد، استفاده از مدل ابركشسان بدون در نظر گرفتن رفتار گران‌روكشساني مي‌تواند منجر به بروز خطاهاي فراوان شود. در مرحله بعد مدل ابركشسان با مدل غيرخطي پسماند انرژي برگشتروم و بويس تركيب و محاسبات انجام شد. مشاهده شد، در اين حالت انطباق بسيار خوبي بين داده‌هاي تجربي و نتايج حاصل از شبيه سازي وجود دارد كه تاييد كننده دقت و صحت محاسبات و نيز مدل ياد شده است. هم چنين، مدل مزبور قابليت پيش بيني انرژي اتلافي در يك چرخه رفت و برگشتي بارگذاري را دارد كه مي‌تواند براي محاسبه افزايش دماي ايجاد شده در بارگذاري‌هاي پويا استفاده شود.

This research work is devoted to experimental and theoretical evaluations of a hybrid constitutive model which was designed to simulate the mechanical behavior of a tread rubber compound. The model is a combination of Yeoh hyperelastic model with a strain-rate hysteresis model developed by Bergstrom and Boyce. The parameters of the Yeoh model were calibrated from experimental data of the ASTM D-412 stress-strain test. Three rubber strip specimens with 11 cm length and 1, 2 and 3 cm widths were selected and simulated under tension using ABAQUS/ Standard code. Comparison of the results with those obtained by experiments on the samples revealed that ignoring the viscoelasticity led to a significant error in prediction of the force-elongation behavior. Consequently, the simulations were repeated by using a hybrid model and the results showed that there were very good agreement between the experimental and simulated results. The model is also capable of calculating the dissipated energy which can be used for the prediction of temperature rise in rubber articles with dynamic loading.