Simulasi Kegagalan Tabrakan Depan Small Overlap: Dampak pada Dinamika Kendaraan

Dalam tabrakan depan small overlap, tepi luar kendaraan, yang tidak dilindungi dengan baik oleh struktur crumple-zone, membentuk jalur beban utama. Ban dan roda serta sistem suspensi biasanya tertawar gaya tabrakan. Ban yang mengenai penghalang kaku biasanya meledak dengan pecahnya ban dan roda serta kehilangan segel udara mereka karena de-beading. Meledaknya ban mempengaruhi kinematika dan deformasi suspensi kendaraan dan akibatnya mempengaruhi performa tabrakan kendaraan.

Mempertimbangkan penurunan tekanan karena meledaknya ban penting untuk prediksi yang akurat respons tabrakan kendaraan. Oleh karena itu, memodelkan meledaknya ban yang disebabkan oleh kerusakan material dan/atau de-beading karena kehilangan segel antara ban dan rim adalah kunci untuk mereplikasi peristiwa tabrakan small overlap. Artikel ini menyajikan pemodelan elemen fini ban di Abaqus untuk mengevaluasi meledaknya ban dalam simulasi tabrakan.

Pemodelan Ban

Langkah pertama adalah membuat model inflasi ban dua dimensi axisymmetric. Ini mencakup pemodelan tread dan dinding samping ban menggunakan elemen padat axisymmetric; pemodelan belt dan badan ban dengan elemen permukaan axisymmetric terintegrasi; dan roda dengan elemen cangkang axisymmetric.

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 node, elemen, dan section.

Memodelkan Meledaknya Ban

Fitur kunci untuk mereplikasi meledaknya ban adalah memodelkan dua mekanisme kegagalan: pecahan material pada ban dan rim roda serta de-beading. Oleh karena itu, modifikasi berikut harus dilakukan pada model ban tiga dimensi: dinding samping ban dan rim roda harus dimodelkan sebagai dua bagian terpisah untuk memungkinkan pemisahan guna mengevaluasi de-beading. Besi pinggir ban perlu dimodelkan sehingga cukup ada resistensi dan gesekan untuk menjaga ban utuh saat diinflasi dengan tekanan ban yang disarankan. Di sini, kami memodelkan pinggir ban menggunakan elemen balok 3D.

Properti material tread dan dinding samping ban harus dapat menangkap kerusakan destruktif material karet saat tabrakan sehingga menciptakan pembukaan pada ban yang memungkinkan udara keluar dari ban dan meledak. Tergantung pada kondisi, seperti sudut tabrakan dan kecepatan tabrakan, salah satu mekanisme dapat memicu meledaknya ban. Mana pun dari dua mekanisme—pecahan material dan de-beading—yang terjadi pertama—akan diikuti oleh meledaknya ban dan penurunan tepat tekanan ban serta kehilangan dukungan terhadap sistem suspensi kendaraan.

Fitur ruang cair Abaqus digunakan untuk memodelkan tekanan internal ban. Volume tertutup didefinisikan dengan menggunakan elemen permukaan yang menutupi bagian dalam ban dan rim dengan berbagi node dengan lapisan node internal ban dan rim. Tekanan ban terkait dengan volume tertutup. Untuk mengevaluasi kegagalan material, kami menggunakan material hiperelastis bersama dengan kriteria kerusakan untuk properti material karet tread dan dinding samping. Setelah kerusakan material dan penghapusan elemen, elemen permukaan di bawah material karet akan bebas didorong keluar dari ban oleh perbedaan tekanan.

Volume ruang cair meningkat dengan cepat dan tekanan ban menurun seiring meningkatnya volume. Untuk mengevaluasi de-beading, area yang kontak ban dengan rim perlu dimodelkan sebagai berikut: Cincin elemen permukaan pada rim, di mana satu terpasang pada dinding samping ban, di-re-mesh dengan mesh yang lebih halus, sehingga menciptakan dua lapisan node bebas pada volume tertutup ruang cair. Dua cincin elemen cangkang dengan kekakuan material yang diabaikan ditambahkan, berbagi node dengan dua cincin elemen permukaan. Kontak didefinisikan antara dua cincin elemen cangkang dan rim untuk menjaga node bebas tetap pada tempatnya saat ban dan rim tidak terpisah.

Node bebas di-offset untuk menghindari berada di lokasi yang sama dengan rim untuk kondisi kontak yang lebih baik. Saat de-beading terjadi, node bebas akan bebas melewati pembukaan sehingga membuat volume lebih besar dan mendekurasi ban. Garis merah sesuai dengan elemen permukaan dengan elemen cangkang di bawahnya yang menutup celah antara ban dan rim, sehingga membuat volume tertutup untuk ruang cair.

Hasil Simulasi

Tabrakan vertikal, tabrakan lateral, dan tabrakan 45 derajat disimulasikan. Ditemukan bahwa dalam tabrakan vertikal, ketika pemicu kontak ban pada tread ban, material karet rusak di tempat rim juga kontak tread ban. Meledaknya ban diikuti dengan penurunan tekanan cepat. Dalam tabrakan lateral ketika pemicu kontak dinding samping ban, dinding samping terpisah dari rim. Meledaknya ban diikuti dengan penurunan tekanan cepat. Dalam tabrakan 45 derajat, kerusakan material dan de-beading terjadi, menghasilkan dekompresi ban.

Kegagalan material terjadi pertama kali sekitar 4 msec dan de-beading mengikutinya sekitar 4.5 msec di sisi lain ban tempat rim bergerak lebih cepat daripada dinding ban akibat tabrakan. Kurva tekanan ruang cair diperoleh dari simulasi. Ditunjukkan bahwa tekanan terus meningkat setelah kerusakan material karena kecepatan keluar udara masih lebih rendah dari peningkatan tekanan akibat tabrakan. Namun setelah 0.5 msec tekanan mulai menurun. Ban sepenuhnya rontok sekitar 5.5 msec. Proses meledaknya ban memakan waktu total 1.5 msec dari munculnya kegagalan material pertama kali sampai tekanan nol.

Apakah Anda ingin mempelajari lebih lanjut?

Klik di sini untuk melihat dan mendaftar kursus pelatihan kami.