锦湖轮胎结构设计

nullFEM Application on Tire DesignFEM Application on Tire Design锦湖轮胎null1. 有限要素法介绍 2. 轮胎结构说明特征 3. 轮胎结构说明体系 4.轮胎结构说明例题 5. 结论及希望效果目录null有限要素法(Finite Element Method) ? 把像轮胎的结构物分割成有限个结构物，对分割的要素各自创 建平衡方程式，把这组合到全体要素，对联力方程式求近似解 （变位，应力，变形率）的数值解析方法。 有限要素法不是绝对的性能预测，而是以相对 Version Ranking工具使用。 有限要素法定义null有限要素法定义 Equation of Motion Geometry (Mesh) -. Node -. Element Material Property -. Rubber : E, v -. Cord : E, EPI, Angle Boundary Condition -. 경계 조건 -. 하중 조건null Basic Elasticitynull有限要素法正式化 Potential Energy : Virtual Work : Final Equation :null1. Tread 2. Carcass 3. Belt 4. Sidewall 5. Bead 6. Innerliner 7. Capply 8. Flipper 9. Apex轮胎结构说明特征null几何学的非线性 - Large Deformation Small Strain ( X ) Lagrangian Strain ( O )null材料的非线形性 - Material Non-Linearity Hyperelastic Material Model Moony-Rivlin Model 系列 (O) Ogden Model 系列null经济条件的非线形性 - Contact & Friction Contact condition Friction conditionhp Friction constraint  <cr  =0 (stick)  =cr  >0 (slip) Penalty method Contact constraint h>0  p=0 (no pressure) h=0  p>0 (contact pressure) Lagrange multiplier methodcrnullCAD/CAE 体系现况null KADAS是 利用超级电脑 ，在产品设计阶段 预测轮胎运行性能，即轮胎性能 自动预测系统。 KADAS是使用了最短点的数值解析方法 ，结构解析轮胎耐久力, 磨损,牵引力, 安全性, 乘车感, 噪音性能最低化的 技术。 KADAS为 Kumho Automated Design Analysis System的缩略语， 是缩短开发时 间，减少开发费用, 提高产品品质的技术。 KADAS 定义nullKADAS 적용 개념도nullKADAS 적용 개념도null제 1세대제 2세대제3세대Tire only Smooth tire Static analysisTire only Pattern tire Steady rollingTire+vehicle Pattern tire Transient rollingStrain energy Footprint pressure Spring rate TemperatureForce & moment Frictional energy Modal frequency HydroplaningDurability & RR Ride & handling Wear & Traction Noise & vibrationCAD/ CAE separation CAE professionalsCAD/CAE interface Few engineersCAD/CAE integration Most engineers세 대해석 방법해석 결과사 용 자1995 ~ 2000 (과거) 슈퍼컴 1호기(Vector)2001 ~ 2006 (현재) 슈퍼컴 2호기(SMP)2007 ~ 2010 (미래) 슈퍼컴 3호기(Cluster)해석 환경KADAS 시스템 발전nullKADAS 시스템 구성null 1. Tire Static Analysis 타이어에 정적하중이 작용할 때에 변형에너지와 접지압력을 해석하여 타이어 내구력 성능을 예측함. Simulation item : Strain energy, Footprint pressure, Spring rate, Cord tension, DimensionTire static analysis modelStrain distribution around tirenull Tire Static Analysisnull 2. Tire Thermal Analysis 타이어는 반복 변형에 의해 에너지손실이 발생하는데, 이를 해석 하여 온도분포와 회전저항을 예측함. Simulation item : Temperature, Rolling resistanceHysterisis loss of rubberTemperature distribution inside tirenull Tire Thermal Analysisnull 3. Tire Steady Rolling Analysis 타이어가 정상상태로 회전할 때에 타이어에 작용하는 힘과 모멘트를 해석하여 조종안정성을 예측함. Simulation item : Force & moment, Strain energy, Footprint pressure, Spring rate, Cord tension, DimensionTire rolling analysis modelTire deformed shapenull Tire Steady Rolling Analysisnull 4. Tire Modal Dynamic Analysis 타이어의 고유 진동수와 진동 응답 특성을 해석하여 타이어 NVH (Noise, Vibration, and Harshness) 성능을 예측함. Simulation item : Mode shape, Natural frequency, Frequency responseTire mode shape (2nd mode)Frequency response function (FRF)null Tire Modal Dynamic Analysisnull 5. Pattern Tire Rolling Analysis 패턴 타이어가 회전할 때에 힘/모멘트 및 마찰에너지를 해석하여 조종안정성, 마모 및 트랙션 성능을 예측함. Simulation item : Force & moment, PRAT (Plysteer Residual Aligning Torque) Frictional energy, Footprint pressure (Pattern tire) Force & moment (PRAT) prediction Pattern Tire Rolling Analysisnull Pattern Tire Analysisnull 6. Tread Slip Analysis 트레드 패턴이 타이어 회전 경로를 따라 회전할 때에 패턴에 의한 힘과 모멘트 및 마찰에너지를 해석함. Simulation item : Force & moment, PRAT, Frictional energy, Footprint pressure (Pattern only)Tread slip analysis model (TRESA)Frictional energy distributionnull Tread Slip Analysisnull 7. Tire Explicit Dynamic Analysis 타이어가 과도상태로 회전할 때에 힘/모멘트 및 진동 응답 특성을 해석하여 조종안정성 및 NVH 성능을 예측함. Simulation item : Cleat impact, Cornering, Standing wave, Dry tractionCleat impact analysis modelTire force variation during cleat impact null Cleat Impact Analysisnull 타이어의 회전 주파수가 고유 진동수와 일치하게 되면 Standing wave가 발생 하는데, 이러한 Critical speed를 해석적으로 예측하는 방법을 개발함. 7. Tire Explicit Dynamic Analysis Standing Wave Analysis (Critical Speed)Axle force null Standing Wave Analysisnull ESCOT는 타이어의 주행 성능을 극대화시키기 위해 슈퍼컴퓨터를 이용하여 제품을 자동으로 최적 설계하는 최첨단 기술임. ESCOT는 접지압 분포를 최적화함으로서 마모 및 제동성능을 향상 시키고 카카스 장력을 최적화함으로서 조안성 및 승차감을 향상시킴. ESCOT는 Excellent & Smart Contour Optimization Theory의 약자로서 운전자에게 안전하고 편안한 Escort 기능을 제공하는 기술임. 8. Tire Shape Optimization Analysisnull 노면과 접지하는 트레드 중앙부위와 가장자리가 균일하게 성장하도록 하여 내구 성능을 향상시키고 공기압이 변화하더라도 주행 성능을 일정 하게 하는 타이어 최적 설계이론 임. Proto 단계ESCOT-1 (균일 성장 이론) null사이드월부의 카카스 장력 분포는 타이어의 조종안정성과 승차감에 밀접한 영향을 미침. 카카스 장력 분포를 최적화함으로서, 조종안정성과 승차감을 동시에 향상시킨 타이어 최적 설계이론임.ESCOT-2 (장력 최적화 이론) nullFinal 단계Proto 단계 접지면의 접지 압력 분포는 타이어의 마모, 제동 성능 등의 주행성능에 지대한 영향을 미침. ESCOT-3 기술은 접지 압력 분포를 최적화함으로서 마모 및 트랙션 성능을 극대화시킨 타이어 최적 설계이론임. ESCOT-3 (접지압 최적화 이론) null 9. Tire Fracture Analysis 타이어 취약 부위에 대해 Global-Local 해석법을 적용한 파괴 해석을 통해 타이어의 피로 수명을 예측함. Simulation item : Fatigue life in belt edge & carcass edgeGlobal analysisLocal analysisFatigue lifenull 10. Tire Uniformity Analysis 제조 공정상의 강성, 형상, 질량 불균일 인자를 모델링하여 타이어 회전시에 발생하는 Uniformity 수준을 예측함. Simulation item : Low speed uniformity (RFV, LFV)InputSolvingOutputTire uniformity simulation procedurenull Tire Uniformity Analysisnull 11. Aircraft Tire Analysis 고속 고하중을 받는 항공기용 타이어의 복잡한 구조에 적합하도록 항공기타이어 전용 구조 해석 기술임. Simulation item : Inflation, static, steady rolling analysisStrain energy distributionFootprint pressure distributionnull 12. Tire Manufacturing Analysis 가류 및 성형 Bladder 거동 해석, 반제품 압출 해석 등의 타이어 제조 공정을 해석하는 기술임. Simulation item : Cure bladder shaping, Post cure inflation, Indentation Cure bladder shaping analysisPost cure inflation analysis (Temperature)null Cure Bladder Shaping Analysisnull결론 및 기대효과