Performance study of an agricultural tyre in function of the carcass structure specifications

Abstract

The present dissertation is the result of the work developed at the CST R&D (Commercial Specialty Tyres Research & Development) department of Continental-Mabor in Lousado, Portugal. The main goal of the developed work was to determine the magnitude of the forces on the carcass plies of an agricultural tyre, when subject to an inflation pressure of up to 10 bar. Additionally, it is also desired to evaluate the impact of different specifications/configurations of the tyre on the magnitude of those forces and their corresponding profile throughout the carcass. The subject of this study is a XXX/YY RZZ Continental agricultural tyre, mounted on a W12 rim. A numerical study is made to determine the profile of the forces and the corresponding maximum forces, using an internal numerical simulation software from Minho University, denominated DD3imp. Additionally, two scripts developed in MATLAB are used: one developed by two researchers from Minho University that generates a 2D geometric model of the tyre based in different construction parameters, and another one developed by the author of this thesis that analyses the outputs of the numerical simulation (post-process) to determine the axial forces per cord along the tyre carcass structure. A total of 8 numerical simulations were performed, being that one uses the original tyre configuration, in another four, the elasticity modulus of two components are altered and in the remaining three simulations only the constructive parameters are changed. In every simulation, the tyre is considered as an axisymmetric entity, where only a quarter of the tyre cross-section and the part of the rim that is in contact with the tyre are modelled, which allows the FE mesh to be more refined and to reduce the numerical simulation processing time. In the end, the results from the various simulations are analysed and compared to understand the implications of the different changes done to the tyre and its effects on the force’s profiles along the carcass.

A presente dissertação resulta do trabalho realizado no departamento CST R&D (Commercial Specialty Tyre Research & Development) na Continental-Mabor em Lousado, Portugal. O principal objetivo deste trabalho foi determinar a magnitude das forças nas cordas das telas constitutivas da carcaça de um pneu agrícola quando sujeito a uma pressão de enchimento até 10 bar. Adicionalmente, é também pretendido avaliar o impacto de diferentes especificações/configurações do pneu na magnitude destas forças e no respetivo perfil ao longo da carcaça. O objeto de estudo é um pneu agrícola, da marca Continental e dimensões XXX/YY RZZ, montado numa jante de especificação W12. De modo a determinar o perfil das forças e respetivas forças máximas é desenvolvido um estudo numérico, onde é utilizado um software de simulação numérica interno da Universidade do Minho, denominado DD3imp. Adicionalmente, são também utilizados dois scripts em MATLAB: um desenvolvido por dois investigadores da Universidade do Minho, o qual permite a criação de um modelo geométrico 2D do pneu com base em diferentes parâmetros construtivos, e outro desenvolvido na realização do presente trabalho e que visa a análise dos ficheiros de output (pós-processamento) da simulação, de modo a determinar as forças axiais, por corda, ao longo da carcaça do pneu. Foram realizadas um total de 8 simulações numéricas, sendo que uma delas é a configuração original do pneu; em quatro destas simulações, foram alterados os módulos de elasticidade de dois componentes do pneu; em três foram alterados parâmetros construtivos do pneu. Todas as simulações realizadas consideram o pneu como uma entidade axissimétrica, sendo apenas modelado um quarto da secção do pneu agrícola e a parte da jante que entra em contacto com o pneu, permitindo realizar simulações com um maior refinamento de malha e, ao mesmo tempo, diminuir o tempo de execução das simulações. No final, os resultados das várias simulações são analisados e comparados, de modo a perceber quais as implicações das diferentes alterações nas forças máximas por corda e na evolução das mesmas ao longo da carcaça.