Az egyre fagyosabb reggelek és a tél beköszöntével elővesszük téli kabátjainkat; otthonainkat, kertjeinket felkészítjük a hidegebb időre, a közelgő ünnepekre; és a közúti biztonság érdekében járműveinken téli gumiabroncsra váltunk.

A zord, téli időjárásra hajlamosabb régiókban a „fekete jég” és az ónos eső különösen veszélyes vezetési körülményeket teremt. A fekete jég elnevezés azért is nagyon találó, mert annyira átlátszó, hogy látható az alatta lévő úttest, így nehéz észrevenni és elkerülni. Szerencsére a járműbiztonság fejlődése, beleértve a gumiabroncsok kialakítását is, sokkal biztonságosabbá tette az utazást az ilyen és ehhez hasonló, kihívást jelentő időjárási körülmények között.

A gumiabroncsok tervezésében egyre nagyobb teret hódít a szimulációs technológia. A szimuláció még az új abroncsterv elkészítése előtt fontos és pontos információkkal szolgál arról, hogy a gumik hogyan fognak működni különböző időjárási körülmények között. Például a nyomelemzés révén a tervezők pontos képet kapnak a gumiabroncs tapadásáról és kezelhetőségéről. A szabad gördülést és a fékteljesítményt pedig gyakran állandó állapotú gördülési elemzéssel vizsgálják.

Ezek az elemzések azért is elengedhetetlenek, mert – különösen a jeges utakon – a téli gumik lágyabb összetétele extra tapadást és rövidebb féktávolságot biztosít. A szimuláció segít optimalizálni a gumiabroncs tervezési paramétereit kezelhetőség szempontjából anélkül, hogy veszélyeztetné, befolyásolná a gumiabroncs élettartamát.

Az Ansys Mechanical ideális választást jelent a gumiabroncsok tervezéséhez, mert a szoftvernek a rétegek, erősítések és futófelület mintázatának reprezentációs képessége lehetővé teszi az abroncsok korszerű, pontos modellezését.

Gumiabroncs tervezés: 2D és 3D elemzések feltérképezése

A kezdeti 2D tengelyszimmetrikus analízis kiterjesztésének lehetősége 3D-be egy számítási szempontból is rendkívül hatékony keretet ad arra, hogy a kezdeti felszerelési és felfújási szimulációkat keréknyom és kanyarodási vizsgálatokkal folytathassuk.

A gumiabroncs alakjának és megerősítésének optimalizálásához először a gumiabroncs 2D-s keresztmetszetét kell létrehoznunk az Ansys Mechanical-ban, majd ezután el tudjuk végezni a 2D gumiabroncs-szerelési elemzést és a 2D-s abroncs felfújás vizsgálatot  a szoftverben. Ezután egy 3D-s hálós modellt készítünk a 2D-s keresztmetszetből, hogy elvégezzük a végső szimulációkat; ideértve a 3D felfújás elemzést, a keréknyom vizsgálatot  vagy az állandó állapotú gördülési analízist.

Stabil állapotú gördülési elemzés készíthető az Arbitrary Lagrangian Eulerian módszerrel, ahol a gördülő gumiabroncsok tehetetlenségi hatásai statikus keretek között kalkulálható. Ez magában foglalja a különböző dőlésszögek számítását is. Olyan extrém események kiértékelésére is van lehetőség, mint például a gumiabroncsok viselkedése és biztonsága, amikor a jármű sebességkorlátozás felett, kátyúkon vagy járdákon gurul.

Abroncs-szimuláció hőmérséklet ingadozásai és kockázati tényezői

A gumiabroncsok élettartamát erősen befolyásolja a túlságosan fel- vagy éppen alulfújás; ezek az abroncsok kopásához vezetnek. A felfújás hatásainak vizsgálata az útburkolat és a gumiabroncs érintkezési eredményeinek felhasználásával lehetséges. Normál körülmények között, utazás közben az abroncsok a gumi anyag viszkoelasztikus veszteségei miatt melegedhetnek fel.

Az Ansys Mechanicalban lehetőség van az energiaeloszlás és a hővé történő átalakulás szimulációjára – ez azért is különösen fontos, mert az alulfújt gumiabroncsok túlzottan felmelegedhetnek, ami kilyukadáshoz vezethet. A gumiabroncsok főként gumiból és gumibázisú kompozit anyagokból készülnek. A gumi viszkoelaszticitása miatt a gumiabroncs használata során hőt termel – az energiaveszteség elsősorban a gumiabroncs időszakos deformációjából származik, amely hővé alakul, ez magasabb abroncshőmérséklethez vezet, és csökkenti a gumiabroncs élettartamát.

A gumiabroncsok szabadon gördülő körülmények közötti hőmérséklet-emelkedésének meghatározásához az első lépés egy 3D-s modell létrehozása, majd már korábban leírtak szerint a fújás, a nyom és az állandó állapotú gördülési elemzések elvégzése. Ezután meghatározható a nyomás és deformáció egy fordulat alatt. Az Ansys Fluent szoftverével pedig számítógépes folyadékdinamikai elemzést készíthetünk (CFD), hogy megállapítsuk a gumiabroncs fölötti légáramlást. Az itt kapott adatok átvihetők az Ansys Mechanical-ba a végső hőmérséklet emelkedés megállapításához.

Zaj korlátozása gumiabroncs szimulációval

Az elektromos autók általánossá válásával a vezető kényelme került középpontba a tervezés során. A hagyományos belső égésű motorok által okozott zaj elfedte a gumiabroncs zaját, de a csendes, elektromos hajtásláncok mellett gondoskodni kell arról, hogy a gumiabroncsok által keltett zaj alig, vagy egyáltalán ne legyen hallható.

Az Ansys Mechanicalban  részben harmonikus elemzés segítségével megvalósítható a gumiabroncs burkolatának zaj előrejelzése. A harmonikus elemzés elvégezhető állandó állapotú gördülő elemzéssel és előfeszített modális elemzési adatokkal, valamint az útfelület keménységének és gerjesztési csomópontjainak kinyerésével az érintkezési felületen.

A szimulációnak köszönhetően a gumiabroncs-technológia tovább fejlődött, hogy kényelmes, biztonságos vezetési élményt nyújtson.

 

Forrás: Ansys