Merancang ban bebas tusukan – Sains Terkini

Beberapa kereta golf dan mesin pemotong rumput sudah menggunakan ban tanpa udara dan setidaknya satu perusahaan ban besar menghasilkan ban otomotif non-pneumatik, tetapi kita masih memiliki jalan panjang sebelum mereka berada di setiap kendaraan yang keluar dari jalur perakitan. Menemukan desain yang menyeimbangkan kekuatan bebas tusukan dengan elastisitas yang diperlukan untuk perjalanan yang nyaman dan bebas goncangan seperti ban pneumatik konvensional adalah kuncinya.

Untuk mengatasi beberapa masalah, para peneliti Universitas Illinois fokus pada satu komponen ban – lapisan geser, yang berada tepat di bawah tapak.

"Lapisan geser adalah tempat Anda mendapatkan hasil maksimal dari sudut pandang desain. Di sinilah Anda memiliki kebebasan paling untuk menjelajahi konfigurasi desain baru dan unik," kata Kai James, asisten profesor di Departemen Teknik Dirgantara di AS. SAYA.

James bersama dengan mahasiswa pascasarjana I Yeshern Maharaj menggunakan optimasi desain, sebuah algoritma komputer, untuk menghasilkan berbagai pola struktural untuk lapisan geser ban non-pneumatik.

Mereka memiliki simulasi komputer yang memodelkan respons elastis pada lapisan geser. Simulasi menghitung kemampuan bahan untuk meregangkan dan memutar.

"Kami sedang mencari tingkat geser yang tinggi – yaitu, berapa banyak regangan material yang dapat ditekan – tetapi kami ingin kekakuan pada arah aksial," kata James.

Tekanan fisik ini tidak seperti penuaan atau pelapukan pada ban, tetapi tentang tekanan dan tekanan internal – pada dasarnya, seberapa banyak tekanan yang diberikan material pada dirinya sendiri.

"Di luar tingkat stres tertentu, materi akan gagal," kata James. "Jadi kami memasukkan batasan stres, memastikan bahwa apa pun desainnya, stres tidak melebihi batas bahan desain.

"Ada juga batasan tekuk. Jika Anda memiliki anggota yang sempit dan ramping, katakanlah penyangga di dalam elemen, itu mengalami kompresi yang dapat dikenakan tekuk. Kami memiliki cara untuk memprediksi secara matematis tingkat kekuatan apa yang akan menyebabkan tekuk pada struktur. dan memodifikasinya sesuai. Tergantung pada seberapa berat Anda masing-masing persyaratan desain – tekuk, tegangan, kekakuan, geser, dan setiap kombinasi dari itu – akan menghasilkan desain yang berbeda. "

Tujuannya adalah desain ban yang dapat menahan tekanan tetapi juga elastis untuk memberikan tumpangan yang tidak terasa seperti Anda mengendarai ban yang terbuat dari baja.

James menjelaskan bagaimana, saat simulasi komputer bekerja untuk menemukan pola yang optimal, ia menghilangkan pola struktural yang tidak optimal. Ini dimulai dengan blok simulasi komputer dari bahan curah tempat ban akan dibuat. Karena balok padat tidak memiliki banyak elastisitas, material tersebut terpotong, meninggalkan ruang untuk fleksibilitas.

"Jika Anda mengukir lubang di bahan sampai itu seperti pola kotak-kotak, dengan setengah dari bahan, Anda juga akan memiliki setengah dari kekakuan aslinya," katanya. "Sekarang, jika kamu melakukan pola yang jauh lebih rumit, kamu sebenarnya bisa menyesuaikan kekakuannya."

Jelas, pada kontinum dari blok bahan ke pola tipis, seperti lacel, jumlah desain potensial tidak terbatas, tetapi tidak realistis untuk menguji setiap desain. Dan, penting untuk dicatat bahwa algoritme tidak berakhir dengan mengeluarkan desain optimal tunggal.

"Algoritme pencarian memiliki cara cerdas untuk mencari ruang desain secara strategis sehingga pada akhirnya Anda harus menguji sesedikit mungkin desain yang berbeda," kata James. "Lalu, saat Anda menguji desain, secara bertahap, setiap desain baru merupakan peningkatan dari yang sebelumnya dan akhirnya, desain yang mendekati optimal."

James mengatakan pemodelan komputer dari struktur seperti ini, atau sistem fisik apa pun memiliki tingkat kompleksitas yang dikodekan ke dalam model – model akurasi yang lebih tinggi dengan kesetiaan yang lebih tinggi lebih mahal.

"Dari sudut pandang komputasi, kita umumnya berbicara tentang waktu yang diperlukan untuk menjalankan analisis pada komputer berdaya tinggi," kata James.

Analisis di masa depan akan membutuhkan industri atau kolaborator penelitian.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.