Skip to main content
SUPERVISOR
Peiman Mosaddegh,Reza Tikkani
پیمان مصدق (استاد راهنما) رضا تیکنی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Farzaneh Baradaran
فرزانه برادران

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Stress Analysis and Vibrational Investigation of Non-Pneumatic Wheel (Tweel) Using Finite Element Method
Wheels play an important role in moving and controlling the vehicles. Easy movement without flatting for planetary rovers which move on the planets’ surfaces is one of the main concerns, so the wheels designation is very important. In the harsh environment of the Mars and the moon, the possibility of air tire blowing out is so high, because of extreme changes in temperature and pressure. For mentioned reasons, Michelin designed an airless tire that can be used for both space robots and cars. Tweel is a new type of wheels which is known as the non-pneumatic tire. The most important difference between Tweel and conventional wheels is contrast in internal structure of this new wheel with the traditional ones, and existence of supportive spokes which provide higher resistance and stiffness for crossing barriers without any concerns about flatting, in comparison to primary wheels. Tweel is consist of three main parts: a round deformable shear beam, thin deformable spokes, and a rigid central hub. When the tire is on the road, the spokes absorb road impacts in the same way air pressure does in pneumatic tires. The simulated wheel has an outer diameter of 602 millimeters, inner diameter of 400 millimeters and 20 per of spokes. In the first section, a cooling process, vertical loading and rotating with a constant speed of 60 kilometers per hour are discussed. Moreover, in this section, it is shown that a wheel with mentioned characteristic can endure a weight of 14660 Newton with a rotational speed of 60 kilometers per hour. In “Investing Property Material” section, after testing polyurethane samples with different stiffness, it is concluded that for ring and spokes, polyurethane material with at least a Young modulus equal to 45 Mega Pascal is needed. This Young modulus can be reached with changing in Stoichiometry of initial materials properties which are formed polyurethane. One of the factors that can effect on the vibrational behavior of the wheel is spokes vibrations. Spokes curvature has an influence on spokes vibration. In order to investigate spokes curvature influence on spokes vibration, and as a result on wheel vibration, in addition to the wheel with mentioned measurements and spokes curvature of 5 millimeters, two other models with spokes curvature of 4 and 6 millimeters is also modeled. After simulation, their vibrations is investigated with use of Abaqus software. These studies have shown that with changes in curvature of spokes, domains of spokes vibrations and vibrational frequencies have changed dramatically. Four important properties of a pneumatic tire are replicated in a Tweel: low contact pressure, low stiffness, high load carrying efficiency, and low energy loss from obstacle impact. Two important disadvantages of this wheel are vibrations and making loud noises at high speed (speeds more than 80 kilometers per hour). For this purpose, the speed of the wheel in the simulation is increased to 100 kilometers per hour. It is observed that at speeds of higher than 70 kilometers per hour, the spokes of the wheel are highly vibrated. At this moment spokes vibrational frequencies are as same as their natural frequencies and, the resonance occurs. Happening of resonance is not acceptable because the Tweel is not able to have a safe and steady performance. The final result is that the non-pneumatic designed Tweel is just operational in cars with low speed, for example in heavy duty vehicles. Key Words: Non-pneumatic tire, Tweel, Polyurethane, Hyperelastic
چرخ ها نقش مهمی در حرکت و هدایت پذیری خودروها دارند. چرخ توییل گونه ی جدیدی از چرخ ها می باشد که با نام چرخ بدون هوا شناخته می شود. مهم ترین تفاوت آن ها با چرخ های بادی در ساختار داخلی چرخ و پره های حمایت کننده است که با مقاومت و استحکام بیشتر نسبت به چرخ های معمولی قادر به عبور از موانع سخت و دشوار بدون ایجاد نگرانی هایی مانند پنچر شدن می باشند. چرخ بدون باد توییل شامل سه بخش اصلی می باشد: یک نوار دایروی تغییر شکل پذیر، پره های نازک تغییر شکل پذیر و یک توپی صلب. در بخش اول فرآیندهای خنک سازی، اعمال بار عمودی و دوران با سرعت ثابت 60 کیلومتر بر ساعت برای چرخی با قطر خارجی 602 میلی متر، قطر داخلی 400 میلی متر و 20 جفت پره شبیه سازی شده و نشان داده شده است که این چرخ با مشخصات مذکور قادر به تحمل وزنی برابر با 14660 نیوتون و دوران با سرعت 60 کیلومتر بر ساعت می باشد. در بخش بررسی خواص ماده، با تست کردن نمونه های پلی یورتان با سختی های مختلف این نتیجه حاصل شد که برای بخش های رینگ و پره به ماده ی پلی یورتان با مدول یانگ حداقل برابر با 45 مگاپاسکال نیاز می باشد که با تغییر در نسبت استوکیومتری مواد اولیه ی سازنده ی ماده ی پلی یورتان می توان به این مدول یانگ رسید. یکی از عوامل موثر بر ارتعاش چرخ، ارتعاشات پره ها می باشد که یکی از پارامترهای تأثیرگذار بر روی ارتعاش پره میزان انحنای آن است. به همین منظور علاوه بر چرخ مرجع که پره های آن دارای انحنای 5 میلی متر می باشد، دو مدل پره ی دیگر با انحناهای 4 و 6 میلی متر طراحی گردیده و ارتعاشات پره مورد مطالعه قرار گرفت. این مطالعات نشان داد که با تغییر در انحنای پره ها دامنه ی ارتعاش پره و فرکانس های ارتعاشی آن به شدت تغییر کردند. یکی از معایب این نوع چرخ ها، ارتعاشات و ایجاد سر و صدای زیاد در سرعت های بالاتر از 80 کیلومتر بر ساعت می باشد. بدین منظور چرخ با سرعت 100 کیلومتر بر ساعت به دوران درآمد. مشاهده شد که در سرعت های بالاتر از 70 کیلومتر بر ساعت پره های چرخ به شدت ارتعاش کردند به گونه ای که فرکانس ارتعاش پره ها با فرکانس طبیعی آن ها یکسان شده بود و پدیده ی تشدید رخ داد که این پدیده اصلاً مورد قبول نیست. نتیجه ی نهایی این می باشد که چرخ طراحی شده برای استفاده در وسایل نقلیه با سرعت حرکت پایین مثل وسایل نقلیه ی سنگین مناسب هستند. کلمات کلیدی: چرخ بدون باد، توییل، پلی یورتان، هایپرالاستیک

ارتقاء امنیت وب با وف بومی