Método dos elementos finitos para determinação da área de contato, entre um rodado e uma superfície deformável

Abstract

A eficiência tratória dos tratores equipados com pneus infláveis varia desde próximo de 90%, quando operando em concreto, até menos de 50% para trabalhos em solos soltos ou arenosos. As características trativas de um pneu dependem do tipo e condições do solo, tipo e geometria do pneu, formato das suas garras, carga no eixo e pressão de inflação do pneu. Este trabalho teve como objetivo quantificar e avaliar o contato pneu/solo com ênfase nos métodos para a obtenção da área de contato. A abordagem, visando uma solução analítica para o caso, seria de difícil execução e imprecisa, não fosse o uso da técnica de Elementos Finitos que tem demonstrado versatilidade, flexibilidade e excelentes resultados em casos semelhantes. A área de contato do pneu com o solo é a responsável, em grande parte, pelo desempenho do trator, afetando também características como, a patinagem de pneus e a tração. A abordagem do problema, em primeira instância, considerou um delineamento experimental com parcelas sub-divididas constituído de 48 tratamentos, assim distribuídos: a) Três tipos de pneu: Diagonal, Radial e BPAF (baixa pressão de inflação e alta flutuação). b) Dois níveis de pressões de inflação do pneu: Alta: 165,50 kPa (17 psi, pneus montados no eixo traseiro do trator), Baixa/correta para pneus montados no eixo traseiro do trator: 68,95 kPa (7 psi) ou para cada tipo de pneu respectivamente. c) Quatro magnitudes de carga vertical aplicada no pneu: 0,5 kN, 1,0 kN, 1,5 kN e 2,0 kN. d) Dois tipos de solo: amostra de solo agrícola arenoso ( s= 1,4g/cm3) e amostra de solo agrícola argiloso ( s= 1,2g/cm3). Para realização do experimento com os dois tipos e condições de solo, foi utilizado um equipamento para o ensaio estático de pneus individuais, denominado tanque de solo com dispositivo hidráulico de aplicação de carga... .

The tractive efficiency of tractors equipped with inflated tires varies from nearly 90%, whem working on concrete, to less than 50% when working on loose soil or sand. The tractive characteristics of a tire depend on soil conditions, tire geometry and lugs, axle load and tire pressure. This wok aimed to estimate the contact tire/soil with emphasis on methods of determination of contact area. The approach using an analytical solution for this case wold of hard execution and inaccurate, but the use of the finite element solutions has been shown versatile, flexible and with exelents results in similar cases. The contact area of tire with the soil is the major responsible by the performance, affected also characteristics like sliding and traction. The problem was considered like an experimental design with 48 treatments being: a) Tree kinds of the tires, bias, radial and B.P.A.F. (low inflation pression and high flutuation). b) Two levels of inflation pressure of the tire, high: 165,50 kPa for each kind of tire, respectively. c) Two types of soil: sample of agricultural sandy soil ( s= 1,4g/cm3) and sample of agricultural clay soil ( s= 1,2g/cm3). To realize the experiment with two soil types and conditions were used an equipment for static test of individual tires named soil bin with hydraulic device to apply the loads. For each test the tire/soil contact area was determinate using a method of digital picture area integration. The data were used to elaborate mathematical models that expressed the relation ships among loads and strains using the Finite Element Method. The tests proved that relationship to determine the contact areas for bias tires gained the worst results once the B.P.A.F. tires showed the bests one. The Radial tires showed always intermediates results compared with the other two types. The pressure cells installed into the soil bin always showed... (Complete abstract click electronic access below).