شبيه‌سازي حركت حالت پاياي تاير راديال با استفاده از مدل ابرگرانروكشسان براي پيش‌بيني مقاومت غلتشي

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

در كار پژوهشي حاضر، حركت حالت پاياي تاير راديال سواري در مسير مستقيم با هدف پيش‌بيني متغيرهاي عملكردي تاير به‌ويژه مقاومت غلتشي شبيه‌سازي شده است. شبيه‌سازي براساس روش اجزاي محدود و با نرم‌افزار Abaqus انجام شد. ابتدا تاير راديال با اندازه 185/65R15 انتخاب و سپس مدل دوبعدي متقارن محوري تاير با استفاده از اجزاي مربوط ساخته و پس از جانشاني روي رينگ زير بار فشار باد تحليل شد. به دنبال آن با دوران مدل دوبعدي حول محور چرخش، مدل سه‌بعدي تاير ايجاد و زير بار عمودي ايستا و غلتش مسير مستقيم با سرعت خطي ثابت در دستگاه لاگرانژي-اولري اختياري (arbitrary Lagrangian-Eulerian) قرار گرفت. براي تعيين مقدار سرعت زاويه‌اي غلتش آزاد متناظر با سرعت خطي تاير از زير‌برنامه اختصاصي استفاده شد كه در اين پژوهش نوشته شده و به نرم‌افزار اصلي پيوند زده شده بود. دو مجموعه تحليل جداگانه روي تاير انجام شد. در تحليل نخست، رفتار مكانيكي اجزاي لاستيكي با مدل ابركشسان Ogden انجام شد، در حالي كه در تحليل دوم رفتار لاستيك به‌طور ابرگرانروكشسان فرض و با معادله تلفيقي Ogden و سري Prony بيان شد. با رسم نمودار نيروي طولي برحسب سرعت زاويه‌اي، مقدار اختلاف نيرو در دو حالت گفته شده به‌دست آمد كه به نيروي مقاومت غلتشي تاير ربط داده شد. براي تعيين مقدار دقت و صحت نتيجه به‌دست آمده، اين مقدار با داده‌هاي تجربي حاصل از آزمون تعيين مقاومت غلتشي مقايسه شد كه حاكي از دقت زياد روش پيشنهادي است. همچنين براي بررسي بيشتر، توزيع فشار ناحيه تماسي نيز مطالعه و تفاوت آن براي دو مدل مكانيكي نامبرده بحث و بررسي شد.

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.