selección del editor 
Una solución completa para el procesamiento previo y posterior de simulaciones de neumáticos
Las simulaciones FEA de llantas o neumáticos son un proceso complejo que tiene en cuenta todos los pasos, desde el concepto y modelo CAD, la generación de la malla, la descripción del material hasta la configuración de las condiciones de frontera para cada análisis. Estas simulaciones comienzan desde la perspectiva 2D, para algunos tipos de análisis básicos, y después pasan a 3D para los análisis más importantes como: Tire Patch, Curb Strike, Aquaplaning, así como simulaciones NVH. BETA CAE Systems tiene todas las aplicaciones necesarias como solución para el pre y post proceso de simulación de llantas.
Durante los últimos años, las simulaciones de ingeniería tienen un papel cada vez más activo en el desarrollo de neumáticos. Con la evolución de las simulaciones de elementos finitos FEA, los diseños de llantas pueden evaluarse en varios escenarios reales antes de proceder a la fase de pruebas físicas. En la simulación de llantas, los ingenieros trabajan con modelos CAD 2D y 3D. Cada uno de estos tipos de análisis plantea retos no sólo en términos de calidad del modelo (es decir, calidad de la malla 3D), sino también en términos de requisitos de datos para configurar un modelo de simulación de neumáticos.
Construcción del modelo 2D
Las simulaciones de neumáticos parten de la perspectiva 2D, donde el modelo se reduce mientras la información es suficiente para validar un diseño y continuar con el modelo 3D. En este caso, la tarea consiste en representar el modelo en la perspectiva 2D con una malla cuádruple de alta calidad. Herramientas como 4Sided son capaces de producir una malla de este tipo sin esfuerzo, así como de generar los elementos axi simétricos correspondientes.
El Modelo 3D
Un parámetro crítico que afecta a la calidad de la simulación de llantas es la malla generada. Los casos de simulación requieren sólo elementos HEXA. Herramientas como Extrude, SolidBuilder o HEXABLOCK permiten generar este tipo de malla estructurada. Para los casos en los que el solver realiza la generación de elementos sólidos, también está disponible la GENERACIÓN DE MODELO SIMÉTRICO.
Modelado de materiales
Quizá el aspecto más complicado en la manufactura de neumáticos gira en torno a sus materiales. En comparación con los materiales elásticos comunes, los neumáticos se describen en FEA como Hiperelásticos. En este caso, el comportamiento del material se describe mediante una ecuación polinómica, de un modelo matemático. Además, se requiere información adicional como la viscosidad de los materiales. En el software ANSA es posible crear tal material y almacenarlo en la Base de Datos para su uso futuro.
Análisis 2D
Para el análisis axi simétrico, los ingenieros deben generar las condiciones de frontera necesarias, como la presión de inflado, restricciones, los pasos de tiempo de simulación, etc. Sin embargo, aparte del comportamiento de inflado del neumático también es necesario observar el comportamiento a lo largo de la llanta mientras está inflado. La llanta puede simularse como una SUPERFICIE ANALÍTICA
Análisis FEA 3D
Una vez generado el modelo 3D, el primer análisis que hay que aplicar es el del Parche del Neumático (Tire Patch). En este punto los datos para el análisis son: la presión de aire y la carga del coche. La carretera se representa como una SUPERFICIE ANALÍTICA. Esto significa que también se requiere un CONTACTO entre el neumático y la carretera. En la simulación del parche del neumático, el modelo se resuelve en tres pasos diferentes. En el primer paso, sólo se aplica la presión de inflado. Luego es necesario poner la carretera y el neumático en la posición de contacto correcta. Por último, en el tercer paso se aplica la carga del coche.
Después del Parche del Neumático, tiene lugar la simulación del Golpe en la Banqueta o Acera (Curb Strike). Podría considerarse como uno de los pasos más importantes, debido a la rugosidad de la carretera. En este estado la simulación transcurre en el dominio del tiempo como DINÁMICA, EXPLÍCITA. Las cargas sobre el neumático siguen siendo las mismas que antes, mientras que también se añade la VELOCIDAD (80 km/h).
Durante el post proceso es importante visualizar los ESFUERZOS DE CONTACTO mientras el neumático rueda sobre la carretera, así como cuando choca con un obstáculo.
Siguiendo con la evaluación del diseño del neumático, el análisis de aquaplaning proporcionará una idea del comportamiento del diseño en condiciones de humedad. El análisis se realiza con el método CEL, en el que el dominio lagrangiano del neumático debe acoplarse con el dominio euleriano del agua. Además del CONTACTO que hay que definir entre el neumático y el volumen de agua, también hay que definir la FRACCIÓN VOLUMÉTRICA del agua en el dominio euleriano.
Durante la evaluación de los resultados, es importante visualizar el comportamiento del agua, lo que puede hacerse mediante la tecnología Isofunction en el post procesador META, así como evaluar la fuerza de sustentación que el agua provoca en el neumático.
Análisis NVH
Las llantas son también una fuente de vibraciones y ruido en el interior del vehículo. Para mejorar este impacto en el vehículo, los ingenieros tienen que entender cómo se comporta el neumático en este ámbito. Este comportamiento se almacena en las propiedades del neumático. El primer paso para investigar este comportamiento es generar los Eigenmodes del neumático ejecutando un análisis FREQUENCEY en un rango específico de modos. Con la barra de herramientas Eigenmodes Report de META es posible generar directamente un reporte del análisis con tablas, animaciones 3D e imágenes en formato PowerPoint y PDF.
Con los resultados de Eigenmodes es posible pasar al análisis de respuesta en Frecuencia y Transitorios directamente en META. Con la ayuda de la herramienta de Respuesta Modal es posible utilizar los Eigenmodes del modelo y generar resultados de Respuesta en Frecuencia o Transitoria.
Conclusión
La simulación de llantas por elementos finitos FEA es un proceso en el que se tienen en cuenta todos los pasos, desde la generación de la malla y la descripción de los materiales hasta la configuración de las condiciones de frontera para cada análisis. Con el preprocesador ANSA es posible generar mallas de alta calidad empleando sus avanzadas herramientas específicas, así como definir todas las condiciones de contorno necesarias para configurar un modelo listo para el solver ABAQUS. Los resultados generados por el solver ABAQUS pueden ser cargados directamente por el post procesador META en un flujo de trabajo semiautomático. Herramientas específicas para cada análisis permiten visualizar los resultados en perspectiva 2D y 3D. Además, gracias a las altas capacidades de automatización en el pre y post procesado, es posible automatizar las acciones manuales generando herramientas personalizadas adaptadas a las necesidades del análisis.
Fuente: White Paper, Simulation enabling technologies de Beta Cae Systems
