مدل‌سازی برهمکنش تایر- خاک به روش اجزای محدود غیر خطی با استفاده از نرم افزار متلب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی بیوسیستم دانشگاه شیراز

2 دانش آموخته کارشناسی ارشد گروه مکانیک بیوسیستم دانشگاه شیراز

چکیده

در این پژوهش مدل برهمکنش جدیدی از تایر- خاک با نگاهی خاص به مدل اجزای محدود دو بعدی رشته­های مقاوم تایر شبیه‌سازی شد. هدف در این مدل جدید، در مقایسه با سایر مدل­های موجود، یافتن یک رابطه­ی ریاضی برای کل تایر نبوده، بلکه اجزای اصلی ساختار مکانیکی تایر مبنای کار قرار گرفته و نحوه­ی مدل­سازی الیاف مقاوم تایر به عنوان پیچیده­ترین بخش مدل اجزای محدود دو بعدی با بیان جزئیات ارائه گردید. همچنین بازسازی مدل دیواره­ی تایر به عنوان یک ماده­ی ابرالاستیک و مدل خاک نیز به عنوان یک ماده­ی الاستوپلاستیک مورد بررسی قرار گرفت. به منظور انجام یک شبیه­­سازی مؤثر، ضرایب مکانیکی خاک لوم- سیلتی به دقت اندازه­گیری شدند. نتایج برنامه­نویسی در نرم­افزار MATLAB7 نشان داد که تایر رادیال نسبت به تایر بایاس در شرایط یکسان بر روی خاک لوم- سیلتی دارای بازده کششی بالاتری بود. در زمانی که نیروی کشش خالص برای هر دو تایر یکسان بود، در تایر بایاس نسبت به تایر رادیال کاهش حرکت (لغزش) بیشتری واقع شد و نیروی کشش ناخالص نیز اندکی افزایش یافت. همچنین نتایج شبیه‌سازی و آزمایش­ها نشان دادند که تایر رادیال نسبت به تایر بایاس بر روی خاک لوم- سیلتی در شرایط یکسان دارای مقاومت غلتشی کمتری بود. بر اساس نتایج شبیه­سازی، تأثیر لغزش، فشار باد و سختی مکانیکی خاک بر روی بازده کششی به طور رضایت بخشی پیش­بینی شد. نتایج شبیه­سازی تایر- خاک­ که با نتایج آزمایش­های عملی مقایسه گردید، تأییدکننده­ی قابلیت­های این مدل‌سازی عددی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Simulation of Tire-Soil Interaction Using Nonlinear Finite Element Method with MATLAB

نویسنده [English]

  • Saadat Kamgar 1
چکیده [English]

In this study, a simulation of tire–soil interaction model was considered with special view to two-dimensional (2-D) FEM model of carcass. Coefficients of mechanical behavior of silty-loam soil were accurately measured to obtain an effective simulation. The results of simulation which was implemented in MatLab7, showed that the radial-ply tire had greater tractive efficiency than bias tire at the same conditions on silty-loam soil. Bias-ply tire had greater motion reduction (slip) and gross traction had slightly greater than radial-ply tire when the net traction force was the same for each tire. Also results of simulation and tests showed that the radial-ply tire had less rolling resistance than bias-ply tire on silty-loam soil at the same conditions. Based on simulation results, the effects of slip, inflation pressure and mechanical stiffness of soil on tractive efficiency were satisfactorily predicted.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Tire-Soil Interaction
  • Finite Element Method
  • Elastopelastic
  • Hyperelastic
  • MATLAB

مراجع

Aliabadi, M. H. & Brebbia, C. A. 1993. Computational Mechanics in Contact Mechanics. Boston: Computational Mechanics Publications.
Belytschko, T., Liu, W. K. & Moran, B. 2000. Nonlinear Finite Elements for Continua and Structures. Chichester: John Wiley & Sons Ltd.
Bonet, J. & Wood, R. 1997. Nonlinear Continuum Mechanics for Finite Element Analysis. USA: Cambridge University Press.
Cui, K., De′fossez, P. & Richard, G. 2007. "A new approach for modeling vertical stress distribution at the soil/tire interface to predict the compaction of cultivated soils by using the plaxis code." Soil & Tillage Research, Vol. 95, pp. 277–287.
Das. M. B. 1982. Soil Mechanics Laboratory Manual. Engineering Press Publishing. 250 p.
Fervers, C.W. 2004. "Improved fem simulation model for tire–soil interaction." Journal of Terramechanics, Vol. 41, pp. 87–100.
Gillespie, T. D. 1992. Fundamental of Vehicle Dynamics. USA: Society of Automotive Engineering, Inc.
Hofstetter, K., Grohs, C. H., Eberhardsteiner, J. & Mang, H. A. 2006. "Sliding behavior of simplified tire tread patterns investigated by means of fem." Computers and Structures, Vol. 84, pp. 1151–1163.
Limpert, R. 1992. Brake Design and Safety. USA: Society of Automotive Engineering, Inc.
Limpert, R. 1992. Brake Design and Safety. USA: Society of Automotive Engineering, Inc.
Matschinsky, W. 1998. Road Vehicle Suspentions. Berlin: Springer-Verlag, Inc.
Matthews, F. L., Davies, G. A. O., Hitchings, D. & Soutis, C. 2000. Finite Element Modeling of Composite Materials and Structure. England: Woodhead Publishing Ltd.
Matthews, F. L., Davies, G. A. O., Hitchings. D. & Soutis, C. 2000. Finite Element Modeling of Composite Materials and Structure. England: Woodhead Publishing Ltd.
Mulungye, R. M., Owende, P. M. O. & Mellon, K. 2007. "Finite Element Modeling of Flexible Pavements on soft Soil Subgrades." Materials and Design, Vol. 28, pp. 739–756.
Nakashima, H. & Oida, A. 2004. "Algorithm and implementation of soil–tire contact analysis code based on dynamic fe–de method." Journal of Terramechanics, Vol. 41, pp. 127–137.
Owen, D. & Hinton, E. 1986. Finite Element in Plasticity: Theory and Practice. Swansea: Pinerridge press.
Reddy, J. N. 2004. Mechanics of Laminated Composite Plates and shells: Theory and Analysis. USA: CRC Press.
Regli, G., Handke, A. & Bütikofer. M. 1993. "Material laws as a basis for simulation models for the calculation of wheel-soil interaction examination using the finite element method." Journal of Terramechanics, Vol. 30, pp. 165-179.
Reimpell, J., Stoll, H. & Betzler, J. W. 2001. The Automotive Chassis: Engineering Principles. London: Butter Worth Heine Mann.
Schmid, I. C. (1995). "Interaction of vehicle and terrain results from 10 years research at IKK." Journal of Terramechanics, Vol. 32, No. 1, pp. 3-26.
Stoer, J. & Bulirsch, R. 1993. Introduction to Numerical Analysis. New York: Springer-Verlag, Inc.
Strivastava, A. K., Goering, C. E. & Rohrbach, R. P. 1993. Engineering Principles of Agricultural Machines. USA. American Society of Agricultural Engineers.
Thompson, E. G. 2005. An Introduction to the Finite Element Method: Theory, Programming and Application. USA: John Wiley & Sons.
Wong, J. Y. 2001. Theory of Ground Vehicles. New York: John Wiley & Sons.
Yong, R.N, Fattah, E.A. & Boonsinsuk, P. 1978. "Analysis and prediction of tyre-soil interaction and performance using finite elements." Journal of Terramechanics. 15:43-63.
Zienkiewicz, O. C. & Taylor, R. L. 2000. The Finite Element MeThod: The Basis. London: Butterworth- Heinemann.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 10 مهر 1394
  • تاریخ بازنگری: 15 آبان 1395
  • تاریخ پذیرش: 22 آبان 1395

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار