Validation of a FEM-based tool and implementation of tyres' dry and wet braking prediction

Abstract

In the present document, a new explicit FEM-based software developed to optimize tyre pattern geometry is presented. The new software calculates forces and displacements in tyre tread components after applying a load and a longitudinal shear displacement. To overcome long meshing and calculation times, simplifications are made. In this work, the usability of the simplifications is checked and the new software is adjusted and validated through the use of other FEM-based software in the market (Abaqus). To perform the validation, models are created, reproducing tyre tread blocks with different geometries, and the same simulation is reproduced in Abaqus. A set of simulations is run in both software. The results of the simulations are compared regarding the final shape, reaction forces and displacements in the nodes of the models. Finally, simple friction formulations are proposed and implemented in the new software, as well as a slip parameter and a water height level in the tyre footprint, in order to simulate braking performance in dry and wet surfaces. The results are then compared with experimental tests.

No presente documento, um novo software baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF) explícito, desenvolvido para otimizar a geometria do padrão de pneus é apresentado. O novo software calcula forças e deslocamentos em componentes do piso dos pneus após a aplicação de uma carga e um deslocamento longitudinal. Para superar longos tempos de geração de malha e de cálculo, simplificações são feitas. Neste trabalho, a viabilidade para a utilização das simplificações é verificada e o novo software é ajustado e validado através da utilização de outro software baseado no MEF no mercado (Abaqus). Para executar a validação, modelos são criados, reproduzindo blocos do piso do pneu com diferentes geometrias, e a mesma simulação é reproduzida no Abaqus. Um conjunto de simulações é executado em ambos os softwares. Os resultados das simulações são comparados em relação à forma final, às forças de reação e deslocamentos nos nós dos modelos. Finalmente, simples formulações de fricção são propostas e implementadas no novo software, bem como um parametro de deslizamento e nível da altura da camada de água na pegada do pneu, a fim de simular o desempenho de travagem em piso seco e molhado. Os resultados são, então, comparados com testes experimentais.