Establishment of an integrated analysis methodology of tire-pavement interaction

Abstract

Approximately 4940 thousand tonnes of tires are produced annually in Europe. Some of the particles emitted by tire wear can have a negative impact on the environment. In addition, tires are negatively influenced by driving dynamics, and the risk of aquaplaning can have fatal consequences. Themainobjectiveofthepresentworkisthestudyofanintegratedanalysis of the tire-pavement interaction phenomenon, based on the evaluation of the tire wear during rolling, the changes in the friction coefficient and the tire inflation pressure. First, a bibliographic search was performed to gather information about the physics behind the motion of a tire, representative models of a tire and, finally, the Archard wear model for simulating the tire tread wear. In the second part of the dissertation, an axyssimetric model of the tire was built in order to perform the Finite Element Analysis (FEA), using Abaqus software. In the third part, pressurization of the tire model was carried out and then an imposed displacement step was induced in order to compress the tire tread against the surface. After the compressing step, a mathematical model based on the Archard wear model was initiated as a sub-routine for the calculation (and for prior visualization) of the wear occurred in the tire. The obtained wear depth, after each run of a varying inflation pressure and friction coefficient, provided a clear demonstration of the direct relationship between the friction coefficient and the ablation rate of a surface. Furthermore, mathematical equations were built for each friction coefficients in order to predict wear for different friction coefficients, and for different inflation pressures.

Cerca de 4940 mil toneladas de pneus são produzidos anualmente na Europa. Algumas das partículas emitidas pelo desgaste dos pneus podem ter um impacto negativo sobre o meio ambiente. Além disso, os pneus são negativamente influenciados pela dinâmica de condução, e o risco de aquaplanagem pode ter consequências fatais. O objetivo principal do trabalho apresentado é o estudo de um sistema de análise integrada do fenómeno de interação pneu-pavimento, baseado na avaliação do desgaste dos pneus durante o rolamento, alterando o coeficientedeatritodopavimentoeapressãodospneus. Primeiro, foirealizada uma busca bibliográfica com o intuito de obter informações sobre a física pordetrásdomovimentodeumpneu,modelosrepresentativosdeumpneu e, finalmente, do modelo de desgaste de Archard para simular o desgaste do piso do pneu. Nasegundapartedadissertação, ummodeloaxissimétricodopneufoiconstruídopararealizaraAnálisedeElementosFinitos(AEF)usandoosoftware Abaqus. Na terceira parte, foi realizada a pressurização do modelo de pneu e, em seguida, foi induzido o deslocamento de uma carga a fim de comprimir o pisodopneucontraopavimento. Apósaetapadecompressão, ummodelo matemático baseado no modelo de desgaste de Archard foi iniciado como uma sub-rotina para o cálculo e visualização prévia do desgaste ocorrido no pneu. A profundidade de desgaste obtida, após cada execução de uma pressão de insuflação varíavel e um coeficiente de atrito variável, forneceu uma demonstração clara da relação direta entre o coeficiente de atrito e a taxa de ablação de uma superfície. Além disso, foram desenvolvidas equações matemáticasparacadacoeficientedeatrito,afimdepreverodesgastedentro de cada coeficiente de atrito para cada pressão de insuflação diferente.