Simulation and investigation of tire tread blocks interaction with ice

Abstract

The car tire is an essential subject analysing its interaction with the road. From tire’s tread condition, geometry and rubber compound depends grip and vehicle stability. This is especially relevant in winter time, when roads are covered with the layer of snow or ice. Generally, new tires are tested in real traffic conditions using vehicles. However, ensuring these conditions requires many resources and sometimes it could be a big challenge. For this reason, simulation of the tire interaction with the road becomes more important in nowadays tire researches. Since the tire is a complex engineering subject, the tire tread blocks could be separated for individual analysis. The interaction between the dry ice and the tread block with sipes was analysed using finite element analysis. The tread block was described using hyperelastic Mooney­Rivlin material model. The deformations, distribution of the contact pressure and shear stresses were obtained for the soft and hard rubber compounds with different vertical load conditions. Also a solid tread block interaction was analysed and it was found that values of contact pressure and shear stresses are much lower comparing to siped tread block.

Article in Lithuanian.

Padangos protektoriaus elementų sąveikos su ledu modeliavimas ir tyrimas

Santrauka

Automobilio padanga – esminis objektas nagrinėjant rato ir kelio sąveiką. Nuo padangos protektoriaus būklės, geometrijos, mišinio sudėties priklauso ratų sukibimas su kelio danga ir automobilio stabilumas. Tai ypač aktualu žiemą, kai ant važiuojamosios kelio dangos dažnai būna sniego ar ledo sluoksnis. Dažniausiai naujų žieminių padangų bandymai atliekami realiomis eismo sąlygomis su transporto priemonėmis. Tačiau žiemos eismo sąlygų sukūrimas neretai tampa didelių išteklių reikalaujančiu iššūkiu, todėl šiuolaikiniai padangų sąveikos tyrimai neapsieina be matematinio modeliavimo. Kadangi padanga yra sudėtingas inžinerinis objektas, dažnai nagrinėjami atskiri protektoriaus elementai, sąveikaujantys su kelio danga. Šiame straipsnyje nagrinėjama realios padangos protektoriaus elementų, turinčių lameles, sąveika su sausa ledo danga taikant baigtinių elementų analizę. Protektoriaus elementų deformacijos aprašomos taikant Mooney ir Rivlin ypač tampraus kūno modelį. Nagrinėjamos minkšto ir kieto gumos mišinių protektoriaus elementų deformacijos, slėgio ir liestinių įtempių pasiskirstymas sąlyčio plote, esant skirtingoms apkrovoms. Taip pat sudarytas ir vientiso protektoriaus elemento (be lamelių) sąveikos mode-lis, kurio kontakto slėgio ir liestinių įtempių reikšmės yra gerokai mažesnės.

Reikšminiai žodžiai: padangos protektoriaus elementas, kontakto slėgis, liestiniai įtempiai, ledo danga.

Keyword : tire tread block, ice, contact pressure, shear stress