Pnömatik tekerlerin termomekanik davranışının sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi
Investigation thermomechanical behaviour of pneumatic tires by finite element method
Yazar: HAKKI TUNCAY YÜKSEL
Danışman: PROF. DR. SAMİ KARADENİZ
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2002
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Isı üretimi = Heat generation ; Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis ; Viskoelastisite = Viscoelasticity

Özet:
Genel olarak pnömatik tekerlerin termomekanik davranışı, oldukça karmaşık, za man bağımlı bir olaydır. Bu problem, bir çok araştırmacı tarafından, lineer olmayan malzeme özelliği, büyük yer değişimleri ve karmaşık sınır koşullan nedeniyle meydan okuyan bir problem olarak tanımlanmaktadır. Bu tez çalışmasında, termomekanik analiz için deformasyon, kayıp ve termal modül olmak üzere üç analiz modülü içeren ardışıl bir yaklaşım kullanılmıştır. Deformasyon modülünde, tekerin kord destekli bölümleri için rebar elemanların kullanıldığı, kauçuk bölümler içinde Mooney-Rivlin malzeme modelinin kullanıldığı tam ölçekli bir sonlu elemanlar modeli kurulmuştur. İç basıncın uygulanan yüzeye devamlı dik kalması sağlanarak, ilk olarak şişme analizi (santrifüj kuvvetlerin de dikkate alındığı) daha sonra da teker ile zemin arasında temas analizi yapılmıştır. Kayıp modülünde, defor masyon modülünden elde edilen gerilmeler ve şekil değişimleri kullanılarak, analitik bir yaklaşımla dönmekte olan tekerde oluşan ısı analitik bir yaklaşımla viskoelastik teori kullanılarak hesaplanmıştır. Son olarakta, hesaplanan kayıp enerjinin termal modüle aktarılmasıyla, kararlı hal durumu için sıcaklık dağılımı hesaplanmış ve bu sıcaklık değerleri ile deformasyon modülü kullanılarak termal gerilme analizi yapılmıştır. Farklı örnekler çözülerek elde edilen sonuçlar diğer benzer çalışmlarla karşılaştırılmış ve uyum içinde olduğu belirlenmiştir. Bu tez çalışmasında, sonlu elemanlar modelleri için, kul lanıcı alt programları ile birlikte MSC.MARC/MENTAT programı kullanılmıştır. Anahtar Kelimeler : Lineer olmayan sonlu elemanlar analizi, Teker, Kauçuk, Lineer olmayan malzeme davranışı, Isı üretimi, Geometrik olarak lineer olmama, Viskoelastisite

Abstract:
Investigation of Thermomechanical Behaviour of Pneumatic Tires by Finite Element Method In general, thermomechanical behavior of a pneumatic tire is a highly complex transient phenomenon. This problem has been defined as a challenging problem for many researchers due to material nonlinearities, inhomogeneties, large deformations and complicated boundary conditions. In this thesis, a sequential approach consisting of three main analysis modules: deformation, dissipation and thermal modules were used. For the deformation module, a full-scale finite element model of a tire is established using rebar elements for the cord reinforced part and the Mooney-Rivlin material model for rubber. With the follower pressure force, firstly inflation (including centrifugal forces) and then contact analyses between tire and pavement were carried out. Using calculated stresses and strains from the deformation module, an analytic approach for the calculation of the heat source in the rolling tire is established using the viscoelastic theory for the dissipation module. Finally, temperature distribution was calculated with the thermal module in a steady state case, using the distribution of heat generation rate which is obtained from the dissipation module and then with this temperature distributions thermal stresses were calculated using deformation module. Several examples are solved and results are compared with the literature. The calculated stresses, strains and thermal distribution are in good agrement with the existing data. During this thesis, MARC/MENTAT program used with user subroutines for finite element modeling. Key Words : Nonlinear finite element analysis, Tire, Rubber, Heat Generation, Contact problem, Material Nonlinearity, Geometric nonlinearity, Viscoelasticity VI