小さなオーバーラップ正面衝突シミュレーションでのタイヤバーストのモデリング

タイヤモデリング

最初のステップは、2次元の軸対称タイヤ膨張モデルを作成することです。これには、軸対称のソリッド要素を使用したタイヤのトレッドと側壁のモデリングが含まれます。軸対称の表面要素が埋め込まれたタイヤベルトとカーカスのモデリング。軸対称シェル要素を備えたホイール。

2番目のステップは、インフレーション解析の最後に2次元モデルを360度回転させて、対称の3次元タイヤモデルを生成することです。 Abaqus / Standardの* SYMMETRIC MODEL GENERATIONオプションの「FILENAME」パラメーターを使用すると、拡張子が.axiの3次元モデルが作成されます。このファイルには、ノード、要素、およびセクションの定義が含まれています。

タイヤバーストのモデリング

タイヤの破裂を再現するための重要な機能は、2つの故障メカニズムをモデル化することです。タイヤとホイールのリムの材料の破裂とビーディングの除去です。したがって、3次元タイヤモデルに次の変更を加える必要があります。タイヤの側壁とホイールリムは、ビーディングの除去を考慮して分離できるように、2つの別個のパーツとしてモデル化する必要があります。スチールビードは、推奨されるタイヤ空気圧で空気を入れたときにタイヤを無傷に保つのに十分な抵抗と摩擦があるようにモデル化する必要があります。ここでは、3Dビーム要素を使用してタイヤビードをモデル化します。

タイヤのトレッドと側壁の材料特性は、衝撃によるゴム材料の破壊的な損傷を捉えることができなければなりません。これにより、タイヤに開口部ができ、空気がタイヤの外に逃げて破裂します。衝撃角度や衝撃速度などの条件によっては、どちらのメカニズムでもタイヤの破裂を引き起こす可能性があります。材料の破裂とビーディング除去のどちらが最初に発生するかは、タイヤの破裂とタイヤの空気圧の急激な低下、および車両のサスペンションシステムへのサポートの喪失が続きます。

Abaqus流体キャビティ機能は、タイヤの内圧をモデル化するために使用されます。閉じたボリュームは、タイヤとリムのノードの内部層とノードを共有することにより、タイヤとリムの内側を覆う表面要素を使用して定義されます。タイヤの空気圧は、閉じた体積に関係しています。材料の破損を説明するために、トレッドと側壁のゴム材料特性の損傷基準とともに超弾性材料を使用します。材料が損傷して要素が除去されると、ゴム材料の下にある表面要素は、圧力差によってタイヤの外側に自由に押し出されます。

流体キャビティの容積は急速に増加し、容積が増加するにつれてタイヤの空気圧は低下します。デビーディングを説明するために、タイヤがリムと接触している領域を次のようにモデル化する必要があります。タイヤの側壁に取り付けられているリムの表面要素のリングを、より細かいメッシュ。これにより、流体キャビティの閉じたボリューム上に2層のフリーノードが作成されます。材料剛性が無視できるシェル要素の2つのリングが追加され、サーフェス要素の2つのリングとノードを共有します。タイヤとリムが分離されていないときにフリーノードを所定の位置に維持するために、シェル要素の2つのリングとリムの間に接触が定義されます。

接触状態を改善するために、フリーノードはリムと同じ場所に配置されないようにオフセットされています。デビーディングが発生すると、フリーノードが自由に開口部を通過できるため、ボリュームが大きくなり、タイヤが減圧されます。赤い線は、タイヤとリムの間のギャップを閉じる下にあるシェル要素を備えた表面要素に対応しているため、流体キャビティの閉じたボリュームになります。

シミュレーション結果

垂直方向の衝撃、横方向の衝撃、および45度の衝撃がシミュレートされました。垂直方向の衝撃では、インパクターがタイヤのトレッドに接触すると、ゴム材料が損傷し、リムもタイヤのトレッドに接触することがわかりました。タイヤの破裂は急激な圧力降下を伴います。インパクターがタイヤのサイドウォールに接触したときの横方向のインパクトでは、サイドウォールがリムから分離します。タイヤの破裂は急激な圧力降下を伴います。 45度の衝撃では、材料の損傷とビーディング解除の両方が発生し、タイヤの減圧が発生します。

材料の破損は最初に約4ミリ秒で発生し、ビーディング解除は約4.5ミリ秒の反対側で発生しました。衝撃によりリムがタイヤの壁よりも速く動くタイヤ。流体キャビティ圧力曲線は、シミュレーションから取得されます。空気の逃げ速度による材料の損傷後も、衝撃による圧力の上昇よりも圧力が上昇し続けることが示されています。しかし、0.5ミリ秒後、圧力は低下し始めます。タイヤは約5.5ミリ秒で完全に収縮します。破裂プロセスは、材料の破損が最初に発生してから圧力がゼロになるまで、合計1.5ミリ秒かかります。

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