Моделирование разрыва шины при моделировании лобового столкновения с небольшим перекрытием

При лобовом ударе с небольшим перекрытием внешние края транспортного средства, которые плохо защищены структурами зоны сжатия , образуют основной несущий путь. Шины и колеса, а также система подвески обычно подвергаются удару. Шины, ударяющиеся о жесткий барьер, обычно лопаются при разрыве шины и колеса, а также теряют свои воздушные уплотнения из-за удаления бортов. Разрыв шины влияет на кинематику и деформацию подвески автомобиля и, как следствие, влияет на его характеристики при столкновении.

Учет снижения давления из-за разрыва шины важен для точного прогнозирования реакции транспортного средства на аварию. Следовательно, моделирование разрыва шины, вызванного материальным повреждением и / или снятием бортов из-за потери уплотнения между шиной и ободом, является ключом к воспроизведению аварии с небольшим перекрытием. В этой статье представлено конечно-элементное моделирование шин в Abaqus для учета разрыва шины при моделировании столкновений.

Моделирование шин

Первым шагом является создание двухмерной осесимметричной модели накачки шин. Сюда входит моделирование протектора и боковой стенки шины с использованием осесимметричных твердых элементов; моделирование шинных ремней и каркаса со встроенными осесимметричными элементами поверхности; и колесо с осесимметричными элементами оболочки.

Второй шаг - создать симметричную трехмерную модель шины путем поворота двухмерной модели в конце анализа накачки на 360 градусов. С параметром «ИМЯ ФАЙЛА» опции * SYMMETRIC MODEL GENERATION в Abaqus / Standard будет создана трехмерная модель с расширением .axi. Этот файл включает определения узла, элемента и раздела.

Моделирование разрыва шины

Ключевой особенностью для имитации разрыва шины является моделирование двух механизмов разрушения:разрыва материала в шине и ободе колеса и удаления бортов. Следовательно, в трехмерную модель шины должны быть внесены следующие модификации:Боковая стенка шины и обод колеса должны быть смоделированы как две отдельные части, чтобы обеспечить разделение и учесть снятие бортов. Стальной борт должен быть смоделирован так, чтобы было достаточно сопротивления и трения, чтобы шина оставалась неповрежденной при накачивании с рекомендуемым давлением в шине. Здесь мы моделируем борт шины, используя трехмерные балочные элементы.

Свойства материала протектора и боковой стенки шины должны быть способны улавливать разрушительное повреждение резинового материала при ударе, создавая таким образом отверстия в шине, позволяющие воздуху выходить за пределы шины и разрываться. В зависимости от условий, таких как угол удара и скорость удара, любой механизм может вызвать разрыв шины. Какой из этих двух механизмов - разрыв материала и удаление бортов, произойдет раньше, - приведет к разрыву шины, быстрому падению давления в шинах и потере опоры для системы подвески автомобиля.

Функция полости для жидкости Abaqus используется для моделирования внутреннего давления в шине. Замкнутый объем определяется с помощью элементов поверхности, которые покрывают внутреннюю часть шины и обода, разделяя узлы с внутренним слоем узлов шины и обода. Давление в шине связано с замкнутым объемом. Чтобы учесть разрушение материала, мы используем гиперупругий материал вместе с критериями повреждения для свойств резинового материала протектора и боковой стенки. При материальном повреждении и удалении элемента элементы поверхности, лежащие в основе резинового материала, могут свободно вытолкнуться за пределы шины из-за разницы давлений.

Объем полости для жидкости быстро увеличивается, и давление в шине падает по мере увеличения объема. Чтобы учесть появление бортов, область, в которой шина контактирует с ободом, должна быть смоделирована следующим образом:кольцо поверхностных элементов на ободе, где один из них прикреплен к боковой стенке шины, повторно зацепляется с более мелкая сетка, создавая, таким образом, два слоя свободных узлов на замкнутом объеме полости для жидкости. Добавляются два кольца оболочечных элементов с незначительной жесткостью материала, разделяющие узлы с двумя кольцами поверхностных элементов. Контакт определяется между двумя кольцами элементов оболочки и ободом, чтобы свободные узлы оставались на месте, когда шина и обод не разделены.

Свободные узлы смещены, чтобы не находиться в том же месте, что и обод, для улучшения условий контакта. Когда происходит удаление бортов, свободные узлы могут свободно проходить через отверстие, увеличивая объем и снижая давление в шине. Красные линии соответствуют элементам поверхности с нижележащими элементами оболочки, которые закрывают зазор между шиной и ободом, создавая замкнутый объем для полости для жидкости.

Результаты моделирования

Были смоделированы вертикальный удар, боковой удар и удар под углом 45 градусов. Было обнаружено, что при вертикальном ударе, когда ударный элемент контактирует с шиной на протекторе шины, резиновый материал повреждается там, где обод также контактирует с протектором шины. Разрыв шины следует за быстрым падением давления. При боковом ударе, когда ударник касается боковой стенки шины, боковая стенка отделяется от обода. Разрыв шины следует за быстрым падением давления. При ударе под углом 45 градусов происходит как материальный ущерб, так и удаление бортов, что приводит к разгерметизации шины.

Материальный сбой произошел сначала примерно через 4 мс, а затем через 4,5 мс на другой стороне шина, в которой обод движется быстрее стенки шины из-за удара. Кривая давления в полости для жидкости получена в результате моделирования. Показано, что давление продолжает расти после материального ущерба из-за того, что скорость истечения воздуха все еще ниже, чем увеличение давления из-за удара. Но через 0,5 мс давление начинает падать. Шина полностью сдувается примерно за 5,5 мсек. Процесс разрыва занимает в общей сложности 1,5 мс с момента первого появления разрушения материала до нулевого давления.

Хотите узнать больше?

Щелкните здесь, чтобы просмотреть и зарегистрироваться на наши учебные курсы.