Simulación de Ensayo de Energía de Penetración de Neumáticos Basado en Elementos Finitos

Abstract

El ensayo de energía de penetración (Plunger Energy Test) es requerido por diversos organismos de transporte para estimar la energía que requiere un obstáculo para penetrar al neumático y ocasionar la falla del mismo. En función de las características del neumático se establecen valores mínimos de energía que éste deberá superar para cumplir con la norma correspondiente.
En el presente trabajo se presenta el análisis de tres neumáticos radiales, cuya única diferencia radica en las características de las cinturas de acero. Todos fueron analizados a través de análisis numérico utilizando el método de los elementos finitos mediante el paquete comercial ABAQUS. Se estudió el impacto en los resultados obtenidos de las alternativas de diseño antes de su fabricación y producción.
Con el objetivo de validar los modelos y obtener una metodología que permita determinar el orden de falla y posteriormente la energía de rotura de los distintos componentes estructurales del neumático mediante el uso de herramientas numéricas, se realizaron ensayos experimentales para correlacionar resultados considerando como parámetro comparativo la disipación de energía al momento de falla de los elementos de refuerzo los cuales presentan marcada diferencia de tenacidad y relación de masa (cordón de acero contra cordón de poliéster). Dichas verificaciones constaron de realizar el ensayo de penetración con la carcasa del neumático instrumentada con un acelerómetro para realizar una medición del orden de energía liberada por la rotura de los refuerzos durante el ensayo.
Los resultados experimentales reflejaron picos de energía que indican que la secuencia de falla obtenida en las simulaciones es correcta, pudiendo corroborar que tipo de refuerzo falla primero. La diferencia entre los resultados de energía de rotura y carrera del punzón de las simulaciones y los ensayos realizados fueron inferiores al 20%.
Como complemento a la validación instrumentada se realizaron pericias sobre los neumáticos ensayados, existiendo correlación con los resultados numéricos obtenidos.