Simulation des Einformprozesses des ungeheizten Reifens
In der Reifenentwicklung werden Simulationsprogramme zur Effizienzsteigerung des Designprozesses eingesetzt.
Die numerischen Simulationen werden hauptsächlich am vulkanisierten Reifen durchgeführt und liefern die Eigenschaften des Reifens in Abhängigkeit vom Reifenaufbau und von äßeren Einflüssen.
Ein wesentlicher Produktionsschritt der Reifenherstellung ist der Einformprozess, bei dem der unvulkanisierte ("grüne") Reifen unter hohem Druck in die Profilsegmente der Heizpresse eingeformt wird. Durch anschließendes Heizen vernetzen die Polymerketten der zuvor unvernetzten Elastomere. Der Reifen vulkanisiert, und die für die Nutzung des Reifens erforderlichen Eigenschaften werden erzielt. Jedoch entsprechen die geometrischen Spezifikationen des grünen Reifens nicht der Geometrie des geheizten Reifens und des Zieldesigns, da es während des Einformprozesses zu Verschiebungen der Elastomerlagen und Faserverstärkungen kommt.
Zur Festlegung der Geometrie des grünen Reifens ist eine genaue Kenntnis der Verschiebungs- und Verformungsvorgänge während der Einformphase notwendig.
Im Zuge dieses Projekts wird eine Modellbildung zur Simulation des Einformprozesses eines "grünen Reifens" in einer Heizpresse entwickelt. Der Simulationsalgorithmus soll folgende Aufgabenfelder abdecken
- Vorhersage der Bewegungen der ungeheizten Elastomere und der Faserverstärkung eines "grünen Reifens" während der Einformphase
- Simulation des Schließprozesses der Heizform und der Bewegung und Dehnung des für den Einformprozess benötigten Heizbalgs
Die Güte der Simulationsergebnisse hängt wesentlich von der mechanischen Beschreibung der unvernetzten Gummimischungen des "grünen Reifens" ab.
Die zur Charakterisierung der Materialeigenschaften (elastisch, plastisch, viskos) erforderlichen Versuche werden entwickelt und durchgeführt. Dabei liegt der Fokus auf verschiedenen Verformungs-, Zeit- und Temperaturbereichen.
Zu Beginn des Projekts wurden zwei repräsentative unvernetzte Elastomermischungen untersucht und durch ein geeignetes Materialmodell mechanisch beschrieben. Die hierfür nötige Parameteridentifikation erfolgte durch einen Optimierungsalgorithmus nach der Evolutionsstrategie.
Die Güte des Materialmodells und der ermittelten Materialparameter ist anhand von Einformversuchen und -simulationen validiert wurden.