스몰 겹침 정면 충돌 시뮬레이션에서 타이어 파열 모델링

스몰 오버랩 정면 충돌 시 크러쉬 존 구조로 잘 보호되지 않는 차량의 외부 가장자리 , 주요 하중 전달 경로를 형성하고 있습니다. 타이어와 휠, 서스펜션 시스템은 일반적으로 충격력을 받습니다. 경질 장벽에 부딪힌 타이어는 일반적으로 타이어와 휠이 파열되면서 파열되고 비딩 제거로 공기 밀봉이 손실됩니다. 타이어 파열은 차량 서스펜션의 운동학 및 변형에 영향을 미치고 결과적으로 차량의 충돌 성능에 영향을 미칩니다.

타이어 파열로 인한 압력 감소를 고려하는 것은 차량의 충돌 반응을 정확하게 예측하는 데 중요합니다. 따라서 타이어와 림 사이의 밀봉 손실로 인한 재료 손상 및/또는 비딩 제거로 인해 발생하는 타이어 파열을 모델링하는 것은 스몰 오버랩 충돌 이벤트를 복제하는 데 중요합니다. 이 기사는 충돌 시뮬레이션에서 타이어 파열을 설명하기 위해 Abaqus에서 타이어의 유한 요소 모델링을 제공합니다.

타이어 모델링

첫 번째 단계는 2차원 축대칭 타이어 인플레이션 모델을 만드는 것입니다. 여기에는 축대칭 솔리드 요소를 사용한 타이어 트레드 및 측벽 모델링이 포함됩니다. 축대칭 표면 요소가 내장된 타이어 벨트 및 카카스 모델링; 그리고 축대칭 쉘 요소가 있는 휠.

두 번째 단계는 인플레이션 분석의 끝에서 2차원 모델을 360도 회전시켜 대칭적인 3차원 타이어 모델을 생성하는 것이다. Abaqus/Standard에서 *SYMMETRIC MODEL GENERATION 옵션의 "FILE NAME" 매개변수를 사용하면 확장명이 .axi인 3차원 모델이 생성됩니다. 이 파일에는 노드, 요소 및 섹션 정의가 포함됩니다.

타이어 파열 모델링

타이어 파열을 복제하는 주요 기능은 두 가지 고장 메커니즘을 모델링하는 것입니다. 타이어 및 휠 림의 재료 파열 및 비딩 제거입니다. 따라서 3차원 타이어 모델에 대해 다음과 같이 수정해야 합니다. 타이어 측벽과 휠 림은 비드 제거를 설명하기 위해 분리를 허용하도록 두 개의 개별 부품으로 모델링되어야 합니다. 제안된 타이어 공기압으로 공기를 주입할 때 타이어를 손상시키지 않도록 충분한 저항과 마찰이 있도록 강철 비드를 모델링해야 합니다. 여기에서는 3D 빔 요소를 사용하여 타이어 비드를 모델링합니다.

타이어 트레드와 측벽의 재료 특성은 충격 시 고무 재료의 파괴적인 손상을 포착하여 타이어에 구멍을 만들어 공기가 타이어 외부로 빠져나가 파열되도록 할 수 있어야 합니다. 충격 각도 및 충격 속도와 같은 조건에 따라 두 메커니즘 중 하나가 타이어 파열을 유발할 수 있습니다. 두 가지 메커니즘(재료 파열 및 비드 제거) 중 어느 쪽이 먼저 발생하든 타이어 파열 및 타이어 압력의 급격한 저하 및 차량 서스펜션 시스템의 지원 상실이 뒤따릅니다.

Abaqus 유체 캐비티 기능은 타이어의 내부 압력을 모델링하는 데 사용됩니다. 닫힌 체적은 타이어 및 림의 노드의 내부 레이어와 노드를 공유하여 타이어와 림의 내부를 덮는 표면 요소를 사용하여 정의됩니다. 타이어의 압력은 닫힌 체적과 관련이 있습니다. 재료 파손을 설명하기 위해 트레드 및 측벽의 고무 재료 특성에 대한 손상 기준과 함께 초탄성 재료를 사용합니다. 재료 손상 및 요소 제거 시 고무 재료 아래에 있는 표면 요소는 압력 차이에 의해 타이어 외부로 자유롭게 밀려납니다.

유체 캐비티 체적은 빠르게 증가하고 타이어 압력은 체적이 증가함에 따라 떨어집니다. 비드 제거를 설명하려면 타이어가 림과 접촉하는 영역을 다음과 같이 모델링해야 합니다. 타이어 측벽에 부착된 림의 표면 요소 링은 a로 다시 맞물립니다. 더 미세한 메쉬, 따라서 유체 공동의 닫힌 볼륨에 두 개의 자유 노드 레이어가 생성됩니다. 무시할 수 있는 재료 강성을 가진 두 개의 쉘 요소 링이 추가되어 두 개의 표면 요소 링과 노드를 공유합니다. 타이어와 림이 분리되지 않을 때 자유 노드를 제자리에 유지하기 위해 쉘 요소의 두 링과 림 사이에 접촉이 정의됩니다.

더 나은 접촉 조건을 위해 림과 같은 위치에 있지 않도록 자유 노드가 오프셋됩니다. 비드 제거가 발생하면 자유 노드가 개구부를 자유롭게 통과하여 볼륨을 더 크게 만들고 타이어의 압력을 낮춥니다. 빨간색 선은 타이어와 림 사이의 간격을 막아 유체 캐비티를 위한 닫힌 볼륨을 만드는 기본 쉘 요소가 있는 표면 요소에 해당합니다.

시뮬레이션 결과

수직 충격, 측면 충격 및 45도 충격이 시뮬레이션되었습니다. 수직 충격에서 임팩터가 타이어 트레드의 타이어와 접촉할 때 림도 타이어 트레드와 접촉하는 곳에서 고무 재료가 손상되는 것을 발견하였다. 타이어 파열은 급격한 압력 강하로 이어집니다. 임팩터가 타이어 측벽과 접촉할 때 측면 충격에서 측벽이 림에서 분리됩니다. 타이어 파열은 급격한 압력 강하로 이어집니다. 45도 충격에서 물질적 손상과 비딩이 모두 발생하여 타이어 감압이 발생합니다.

재료 오류는 약 4msec에서 처음 발생하고 다른 쪽에서 약 4.5msec에서 de-beading이 뒤따릅니다. 충격으로 인해 림이 타이어 벽보다 빠르게 움직이는 타이어. 유체 캐비티 압력 곡선은 시뮬레이션에서 얻습니다. 공기가 빠져나가는 속도로 인한 물질적 손상 후에도 압력은 계속 증가하는 것으로 나타났는데, 여전히 충격에 의한 압력 증가보다 낮았다. 그러나 0.5msec 후에 압력이 떨어지기 시작합니다. 타이어는 약 5.5msec에서 완전히 수축합니다. 파열 과정은 재료 결함이 처음 나타난 후 압력이 0이 될 때까지 총 1.5msec가 걸립니다.

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