Modélisation de l'éclatement de pneu dans les simulations de collision frontale à petit chevauchement

En cas de petit chevauchement frontal, les bords extérieurs du véhicule, qui ne sont pas bien protégés par les structures de la zone d'écrasement , forment le chemin de charge principal. Les pneus et les roues ainsi que le système de suspension sont généralement soumis à la force d'impact. Les pneus heurtés par la barrière rigide éclatent généralement avec la rupture du pneu et de la roue et perdent leurs joints d'étanchéité à l'air par déperlage. L'éclatement du pneu affecte la cinématique et la déformation de la suspension du véhicule et affecte par conséquent les performances du véhicule en cas de collision.

La prise en compte de la baisse de pression due à l'éclatement des pneus est importante pour une prédiction précise de la réaction du véhicule en cas de collision. Par conséquent, la modélisation de l'éclatement du pneu qui est causé par les dommages matériels et/ou le déperlage dus à la perte d'étanchéité entre le pneu et la jante est la clé pour reproduire le petit accident de chevauchement. Cet article présente la modélisation par éléments finis des pneus dans Abaqus pour tenir compte de l'éclatement des pneus dans les simulations de collision.

Modélisation de pneus

La première étape consiste à créer un modèle de gonflage de pneus axisymétrique à deux dimensions. Cela inclut la modélisation de la bande de roulement et du flanc du pneu à l'aide d'éléments solides axisymétriques ; la modélisation de ceintures de pneus et de carcasses avec des éléments de surface axisymétriques intégrés ; et la roue avec des éléments de coques axisymétriques.

La deuxième étape consiste à générer un modèle de pneu tridimensionnel symétrique en faisant pivoter le modèle bidimensionnel à la fin de l'analyse de gonflage de 360 ​​degrés. Avec le paramètre « FILE NAME » de l'option *SYMMETRIC MODEL GENERATION dans Abaqus/Standard, un modèle tridimensionnel avec le nom d'extension .axi sera créé. Ce fichier comprend les définitions des nœuds, des éléments et des sections.

Modélisation de l'éclatement des pneus

La fonction clé pour reproduire l'éclatement du pneu est de modéliser les deux mécanismes de défaillance :les ruptures de matériau dans le pneu et la jante de la roue et le déperlage. Par conséquent, les modifications suivantes doivent être apportées au modèle tridimensionnel du pneu :Le flanc du pneu et la jante de la roue doivent être modélisés en deux parties distinctes pour permettre la séparation afin de tenir compte du déperlage. La tringle en acier doit être modélisée de manière à ce qu'il y ait suffisamment de résistance et de friction pour garder le pneu intact lorsqu'il est gonflé avec la pression de pneu suggérée. Ici, nous modélisons le talon du pneu à l'aide d'éléments de poutre 3D.

Les propriétés matérielles de la bande de roulement et de la paroi latérale du pneu doivent être capables de capturer les dommages destructeurs du matériau en caoutchouc lors de l'impact, créant ainsi des ouvertures sur le pneu permettant à l'air de s'échapper à l'extérieur du pneu et d'éclater. Selon les conditions, telles que l'angle d'impact et la vitesse d'impact, l'un ou l'autre mécanisme peut déclencher l'éclatement du pneu. Le premier des deux mécanismes (rupture du matériau et déperlage) sera suivi d'un éclatement du pneu, d'une chute rapide de la pression des pneus et d'une perte de soutien du système de suspension du véhicule.

La fonction de cavité de fluide Abaqus est utilisée pour modéliser la pression interne du pneu. Un volume fermé est défini en utilisant des éléments de surface qui recouvrent l'intérieur du pneu et de la jante en partageant des nœuds avec la couche interne de nœuds du pneu et de la jante. La pression du pneu est liée au volume fermé. Pour tenir compte de la rupture du matériau, nous utilisons le matériau hyperélastique ainsi que des critères d'endommagement pour les propriétés du matériau en caoutchouc de la bande de roulement et de la paroi latérale. Lors des dommages matériels et du retrait des éléments, les éléments de surface sous-jacents au matériau en caoutchouc seront libres d'être poussés à l'extérieur du pneu par la différence de pression.

Le volume de la cavité de fluide augmente rapidement et la pression des pneus chute à mesure que le volume augmente. Pour tenir compte du déperlage, la zone de contact du pneu avec la jante doit être modélisée comme suit :L'anneau d'éléments de surface sur la jante, où l'un est attaché au flanc du pneu, est remaillé avec un maillage plus fin, créant ainsi deux couches de nœuds libres sur le volume fermé de la cavité fluide. Deux anneaux d'éléments de coque avec une rigidité matérielle négligeable sont ajoutés, partageant des nœuds avec les deux anneaux d'éléments de surface. Le contact est défini entre les deux anneaux d'éléments de coque et la jante afin de maintenir les nœuds libres en place lorsque le pneu et la jante ne sont pas séparés.

Les nœuds libres sont décalés pour éviter d'être au même endroit que la jante pour de meilleures conditions de contact. Lorsque le déperlage se produit, les nœuds libres seront libres de traverser l'ouverture, augmentant ainsi le volume et dépressurisant le pneu. Les lignes rouges correspondent aux éléments de surface avec des éléments de coque sous-jacents qui ferment l'espace entre le pneu et la jante, créant ainsi un volume fermé pour la cavité du fluide.

Résultats de la simulation

Un impact vertical, un impact latéral et un impact à 45 degrés ont été simulés. Il a été constaté que lors d'un impact vertical, lorsque l'élément de frappe entre en contact avec le pneu sur la bande de roulement du pneu, le matériau en caoutchouc s'endommage là où la jante entre également en contact avec la bande de roulement du pneu. L'éclatement du pneu s'ensuit avec une chute de pression rapide. Lors de l'impact latéral, lorsque l'impacteur entre en contact avec la paroi latérale du pneu, la paroi latérale se sépare de la jante. L'éclatement du pneu s'ensuit avec une chute de pression rapide. Lors de l'impact à 45 degrés, des dommages matériels et un déperlage se produisent, entraînant une dépressurisation des pneus.

La défaillance matérielle s'est produite d'abord à environ 4 ms et le dépouillement suit à environ 4,5 ms de l'autre côté de la pneu où la jante bouge plus vite que la paroi du pneu en raison de l'impact. La courbe de pression de la cavité du fluide est obtenue à partir de la simulation. Il est montré que la pression continue d'augmenter après que les dommages matériels dus à la vitesse de fuite d'air soient toujours inférieurs à l'augmentation de pression due à l'impact. Mais après 0,5 ms, la pression commence à chuter. Le pneu se dégonfle entièrement à environ 5,5 ms. Le processus d'éclatement prend un total de 1,5 ms depuis la première apparition de la défaillance du matériau jusqu'à une pression nulle.

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