Memodelkan Ledakan Ban dalam Simulasi Tabrakan Depan Tumpang Tindih Kecil

Dalam benturan frontal kecil yang tumpang tindih, tepi luar kendaraan, yang tidak terlindungi dengan baik oleh struktur zona hancur , membentuk jalur pembawa beban utama. Ban dan roda serta sistem suspensi biasanya mengalami gaya tumbukan. Ban yang terkena penghalang kaku biasanya pecah dengan pecahnya ban dan roda serta kehilangan segel udaranya karena pelepasan manik-manik. Ledakan ban memengaruhi kinematika dan deformasi suspensi kendaraan dan akibatnya memengaruhi performa tabrakan kendaraan.

Memperhitungkan penurunan tekanan akibat pecahnya ban penting untuk prediksi akurat dari respons tabrakan kendaraan. Oleh karena itu pemodelan pecah ban yang disebabkan oleh kerusakan material dan/atau de-beading karena hilangnya segel antara ban dan pelek adalah kunci untuk meniru peristiwa tabrakan tumpang tindih kecil. Artikel ini menyajikan pemodelan elemen hingga ban di Abaqus untuk memperhitungkan ledakan ban dalam simulasi tabrakan.

Pemodelan Ban

Langkah pertama adalah membuat model inflasi ban aksisimetris dua dimensi. Ini termasuk pemodelan tapak ban dan dinding samping menggunakan elemen solid axisymmetric; pemodelan sabuk ban dan karkas dengan elemen permukaan sumbu simetris tertanam; dan roda dengan elemen cangkang sumbu simetris.

Langkah kedua adalah menghasilkan model ban tiga dimensi simetris dengan memutar model dua dimensi pada akhir analisis inflasi sebesar 360 derajat. Dengan parameter “FILE NAME” dari opsi *SYMMETRIC MODEL GENERATION di Abaqus/Standard, model tiga dimensi dengan nama ekstensi .axi akan dibuat. File ini mencakup definisi simpul, elemen, dan bagian.

Memodelkan Ledakan Ban

Fitur utama untuk mereplikasi pecahnya ban adalah dengan memodelkan dua mekanisme kegagalan:pecahnya material pada ban dan pelek roda serta penghilangan manik-manik. Oleh karena itu, modifikasi berikut harus dilakukan pada model ban tiga dimensi:Dinding samping ban dan pelek roda harus dimodelkan sebagai dua bagian terpisah untuk memungkinkan pemisahan untuk memperhitungkan pelepasan manik-manik. Manik-manik baja perlu dimodelkan sehingga ada hambatan dan gesekan yang cukup untuk menjaga ban tetap utuh saat dipompa dengan tekanan ban yang disarankan. Di sini, kami memodelkan manik-manik ban menggunakan elemen balok 3D.

Sifat material dari tapak ban dan dinding samping harus mampu menangkap kerusakan destruktif dari material karet pada benturan sehingga menciptakan bukaan pada ban yang memungkinkan udara keluar dari luar ban dan meledak. Tergantung pada kondisinya, seperti sudut benturan dan kecepatan benturan, salah satu mekanisme dapat memicu pecahnya ban. Mana pun dari kedua mekanisme tersebut—pecahnya material dan pelepasan manik-manik yang terjadi lebih dulu—akan diikuti oleh pecahnya ban dan penurunan tekanan ban yang cepat serta hilangnya dukungan pada sistem suspensi kendaraan.

Fitur rongga cairan Abaqus digunakan untuk memodelkan tekanan internal ban. Volume tertutup ditentukan dengan menggunakan elemen permukaan yang menutupi bagian dalam ban dan pelek dengan berbagi simpul dengan lapisan internal simpul ban dan pelek. Tekanan ban berhubungan dengan volume tertutup. Untuk memperhitungkan kegagalan material, kami menggunakan material hiperelastis bersama dengan kriteria kerusakan untuk sifat material karet pada tapak dan dinding samping. Setelah kerusakan material dan pelepasan elemen, elemen permukaan di bawah material karet akan bebas terdorong ke luar ban oleh perbedaan tekanan.

Volume rongga cairan meningkat dengan cepat dan tekanan ban turun seiring dengan peningkatan volume. Untuk memperhitungkan pelepasan manik-manik, area kontak ban dengan pelek perlu dimodelkan sebagai berikut:Cincin elemen permukaan pada pelek, di mana salah satunya dipasang ke dinding samping ban, disambung kembali dengan mesh yang lebih halus, sehingga menciptakan dua lapisan node bebas pada volume tertutup rongga cairan. Dua cincin elemen kulit dengan kekakuan material yang dapat diabaikan ditambahkan, berbagi simpul dengan dua cincin elemen permukaan. Kontak ditentukan antara dua cincin elemen cangkang dan pelek untuk menjaga simpul bebas di tempatnya saat ban dan pelek tidak terpisah.

Node bebas diimbangi untuk menghindari berada di lokasi yang sama dengan pelek untuk kondisi kontak yang lebih baik. Ketika de-beading terjadi, node bebas akan bebas melewati lubang sehingga membuat volume lebih besar dan mengurangi tekanan ban. Garis merah sesuai dengan elemen permukaan dengan elemen cangkang di bawahnya yang menutup celah antara ban dan pelek, sehingga membuat volume tertutup untuk rongga cairan.

Hasil Simulasi

Dampak vertikal, dampak lateral dan dampak 45 derajat disimulasikan. Ditemukan bahwa pada tumbukan vertikal, ketika penabrak menyentuh ban pada tapak ban, bahan karet rusak di mana pelek juga menyentuh tapak ban. Ledakan ban diikuti dengan penurunan tekanan yang cepat. Pada tumbukan lateral ketika penabrak menyentuh dinding samping ban, dinding samping terpisah dari pelek. Ledakan ban diikuti dengan penurunan tekanan yang cepat. Dalam benturan 45 derajat, terjadi kerusakan material dan pelepasan manik-manik, yang mengakibatkan penurunan tekanan pada ban.

Kegagalan material terjadi pertama kali sekitar 4 mdtk dan pelepasan manik-manik terjadi sekitar 4,5 mdtk di sisi lain ban di mana pelek bergerak lebih cepat dari dinding ban karena benturan. Kurva tekanan rongga fluida diperoleh dari simulasi. Terlihat bahwa tekanan terus meningkat setelah kerusakan material akibat kecepatan keluarnya udara masih lebih rendah daripada peningkatan tekanan akibat tumbukan. Tapi setelah 0,5 msec tekanan mulai turun. Ban mengempis seluruhnya pada sekitar 5,5 msec. Proses bursting membutuhkan total 1,5 mdtk dari kemunculan pertama kegagalan material hingga tekanan nol.

Apakah Anda ingin mempelajari lebih lanjut?

Klik di sini untuk melihat dan mendaftar kursus pelatihan kami.