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Virtual Prototyping di ruote in gomma

SERVIZIO MERCATO CLIENTE Azienda leader di pneumatici e ruote ANNO 2017-2018

Brief cliente

L’obiettivo del progetto è lo sviluppo di prototipi virtuali di diverse geometrie di ruote in gomma e la loro validazione rispetto ai dati sperimentali disponibili.

Tali prototipi virtuali potranno essere utilizzati per l’ottimizzazione della geometria della ruota e delle caratteristiche meccaniche del materiale.

Sfide di progetto

  • Modellazione adeguata delle proprietà meccaniche del materiale utilizzato (gomma).
  • Non linearità meccaniche (dovute alle proprietà della gomma) e non linearità geometriche (i.e. grandi deflessioni) da tenere in considerazione nell’impostazione delle simulazioni numeriche
  • Validazione del modello agli Elementi Finiti rispetto ai risultati delle prove sperimentali forniti dal cliente, riguardanti la caratterizzazione del materiale (da test di tensione uniassiale effettuati su provini) e di specifiche geometrie (da test di compressione effettuate su ruote).

Soluzione

  • La modellazione delle proprietà meccaniche del materiale è stata effettuata utilizzando i risultati del test di tensione uniassiale sperimentali forniti dall’Azienda, assumendo che il materiale sia incomprimibile (rapporto di Poisson ? = 0,5) e caratterizzato da un comportamento meccanico iperelastico (mediante la legge costitutiva Neo-Hookean).
  • Sono state effettuate analisi agli elementi finiti su ciascuna delle geometrie delle ruote fornite dall’Azienda utilizzando un algoritmo di Newton-Raphson per ottenere soluzione del problema non lineare, e verificando la convergenza è ad ogni fase di carico in termini di forze, spostamenti e energia di deformazione.
  • Le analisi agli elementi finiti effettuate sono simulazioni numeriche quasi-statiche che riproducono i test di compressione sperimentali sui prototipi di gomma. I risultati numerici sono stati confrontati con dati sperimentali dei test di compressione forniti dall’Azienda per la validazione del modello.

Fasi di esecuzione

FASE 1

Creazione del Prototipo Virtuale (modello agli elementi finiti) delle diverse geometrie delle ruote: modellazione del materiale, importazione e semplificazione della geometria (CAD 3D), definizione della mesh, imposizione di vincoli e carichi che riproducono le condizioni di carico della ruota durante i test di compressione.

FASE 2

Esecuzione delle analisi.

FASE 3

Post-elaborazione dei risultati e confronto con i dati sperimentali mediante script sviluppati ad hoc (Python v.2.7), in termini di deflessione verticale, deflessione della larghezza, dimensioni dei contatti e pressione specifica.

Risultati ottenuti

Le simulazioni numeriche sono state eseguite con ANSYS Workbench® Release 18.2 e ANSYS Mechanical® Release 18.2.

 

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