Simulation of vehicle tires based on the finite element method



Cite item

Full Text

Abstract

Modeling of wheeled vehicles is one of the main directions of development and practical application of software systems based on modeling the dynamics of body systems. In this paper, a technique for analyzing a vehicle tire by the finite element method under various types of loading is considered in order to identify the parameters of its simplified dynamic models. Based on the finite element method, a refined tire model is created. It takes into account the complex geometric shape of various tire parts, their material properties, as well as the contact interaction of the tire with the support. The efficiency of this model was tested, both when performing static calculations of the stress-strain state of the tire from the action of an external load, and when solving the generalized eigenvalue problem. The great influence of external load on the natural frequencies and vibration modes of the tire is confirmed. One of the possible applications of the considered method of finite element modeling of a tire is the performance of refined calculations of the dynamics of wheeled vehicles in the “Universal Mechanism” software package. There are several variants of dynamic tire models that can be used to study the dynamics of off-road wheeled vehicles, including a model based on the method of discrete elements and a model based on the method of coupled substructures. A model based on the method of discrete elements represents a number of absolutely solid bodies-particles, connected to each other and by a wheel disk by a set of elastic-dissipative elements. Each particle of this model has three linear degrees of freedom relative to the wheel disk. The results of calculations of the refined finite element model of the tire are necessary to identify the mass and elastic-dissipative properties of this dynamic tire model. In the model based on the method of connected substructures, the elastic displacements of the tire are represented as the sum of the admissible shapes of the elastic body. Static and natural vibration modes are used as permissible forms of an elastic body, calculated using a refined finite element model of the tire.

About the authors

S. B Tomashevskiy

Bryansk State Technical University

Email: tomashevskiy-sb@yandex.ru
PhD in Engineering Bryansk, Russia

References

  1. Сайт «MSCSOFTWARE». URL: http://www.mscsoftware.ru/products/adams-modules (дата обращения 06.06.2020).
  2. Сайт «3ds». URL: https://www.3ds.com/products-services/simulia/products/simpack/product-modules/automotive-modules (дата обращения 06.06.2020).
  3. Сайт «ЭЙЛЕР». URL: http://www.euler.ru (дата обращения 06.06.2020).
  4. Сайт «ФРУНД». URL: http:// www.frund.vstu.ru (дата обращения 06.06.2020).
  5. Сайт «Универсальный механизм». URL: http://www.universalmechanism.com (дата обращения 06.06.2020).
  6. Хачатуров А. А. Динамика системы дорога, шина, автомобиль, водитель. М.: Машиностроение, 1976. 534 c.
  7. J.Y.Wong. Theory of Ground Vehicles. John Wiley & Sons, 2001. 528 p.
  8. Pacejka H. B. Tire and Vehicle Dynamics, Butterworth-Heinemann, Oxford, 2002.
  9. J.Y.Wong. Terramechanics and Off-Road Vehicle Engineering. 2nd Edition. Butterworth-Heinemann, 2009. 488 p.
  10. G. Genta, A. Genta. Road Vehicle Dynamics. Fundamentals of Modeling and Simulation. Series on Advances in Mathematics for Applied Sciences: Volume 88. World Scientific Publishing Co Pte Ltd, 2017. 996 p.
  11. Liang, C., Allen, R., Rosenthal, T., Chrstos, J. et al., "Tire Modeling for Off-Road Vehicle Simulation," SAE Technical Paper 2004-01-2058, 2004. doi: 10.4271/2004-01-2058.
  12. Gipser M., FTire - the tire simulation model for all applications related to vehicle dynamics // Intl. Journal of Vehicle System Dynamics: Volume 45. 2007, pp. 139-151.
  13. Сайт «Femap with NX Nastran». URL: https://www.plm.automation.siemens.com/global/ru/products/simcenter/femap.html (дата обращения 06.06.2020).
  14. Халаев А.А., Титенкова Е.Н. Оценка напряженно-деформированного состояния полимерных упругих элементов перспективного поглощающего аппарата автосцепки ГП-120А // Вестник Брянского государственного технического университета. 2007. № 4. С. 84-90.
  15. Левенков Я.Ю., Вольская Н.С., Русанов O.A. Моделирование автомобильной пневматической шины, взаимодействующей с твердой неровной опорной поверхностью // Наука и образование. 2013. № 5. http://technomag.edu.ru.
  16. Скворцов Ю.В., Глушков С.В., Хромов А.И. Моделирование композитных элементов конструкций и анализ их разрушения в CAE-системах MSC.Patran-Nastran и Ansys: электрон. учеб. пособие. Минобрнауки России. Самар. гос. аэрокосм, ун-т им. С.П. Королева (Нац. исслед. ун-т). Электрон, текстовые и граф. дан. (2,3 Мбайта). Самара, 2012. 1 эл. опт. диск (CD-ROM).
  17. Агапов Д.Г. Моделирование динамики автомобильного колеса методом дискретных элементов // XII Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики: сборник трудов в 4 томах. Т. 1: Общая и прикладная механика. Уфа, 2019. С. 423-424.
  18. Михеев Г.В. Компьютерное моделирование динамики систем абсолютно твердых и упругих тел, подверженных малым деформациям: дис.. канд. техн. наук. Брянский государственный технический университет, Брянск, 2004. 155 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2020 Tomashevskiy S.B.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».