Modélisation du roulement d'un pneumatique d'avion

Modeling of aircraft tire rolling

• Auteur / Autrice : Ange Kongo Konde
• Direction : Frédéric Lebon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des Solides
• Date : Soutenance le 13/01/2011
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences pour l'ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Champaney
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Lebon, Laurent Champaney, Jérôme Fortin, Christian Wielgosz, Christian Hochard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jérôme Fortin, Christian Wielgosz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Théories non linéaires

Éléments finis, Méthode des

Modèles mathématiques

Propriétés mécaniques

Élastomères

Mots clés libres

Pneumatique d'avion gros porteur

Modélisation par éléments finis

Contact avec frottement

Non-linéarités matérielles

Couplage thermomécanique

Roulement en Steady State

Abaqus.

Aircraft Tire

Finite Element Modeling

Contact with friction

Material non-linearities

Thermal-mechanical Analysis

Steady State rolling

Abaqus.

Résumé

Ce travail de thèse présente la démarche utilisée pour construire un modèle éléments finis en statique ou en dynamique d'un pneumatique d'avion gros porteur prenant en compte la géométrie, la structure matérielle complexe, les différents matériaux et leurs propriétés ainsi que les interactions entre le pneumatique et le sol (contact, frottement et couplage thermomécanique). Des essais ont été effectués afin d'identifier les paramètres géométriques et matériaux.Ces simulations utilisant une approche Lagrangienne et une approche mixte Eulérienne/Lagrangienne ont été réalisées sur le modèle proposé. La seconde approche qui réduit considérablement le temps de calcul a été validée pour simuler le roulement en dérapage du pneumatique. Le modèle permet ainsi d'estimer le torseur des efforts dans le contact pneumatique /sol. Nous montrons l'influence des paramètres de chargement (charge verticale, pression de gonflage et vitesse de roulage) et de l'angle de dérapage sur le moment d'autoalignement (MZ) et sur le potentiel d'adhérence (µY) correspondant au rapport entre l'effort latéral et l'effort vertical dû au poids de l'avion. Nous présentons aussi une étude de sensibilité aux paramètres géométriques et matériels.Des essais de Coulomb et de diffusion thermique ont permis d'identifier la loi d'évolution du coefficient de frottement en fonction de la température (béton, asphalte) et l'évolution de la température dans l'épaisseur du pneumatique. Ceci a permis de prendre en compte les effets thermiques dans le modèle et de proposer un modèle de couplage thermomécanique qui met en évidence la décroissance de µY et la chute rapide de MZ vers des valeurs négatives au-delà d'un angle de dérapage critique βmax variant avec les conditions de chargement du pneumatique. Ces variations sont observées expérimentalement.

This PhD Thesis presents the approach adopted for the setting of numerical model based on Finite Element Method for jumbo-jet tire. The model takes into account the real geometry, the complex material structure, the various materials and their properties as well as the interactions between the tire and the ground (contact, friction and thermal-mechanical coupling due to friction). Tests are performed in order to identify geometrical and material parameters.Static and dynamic simulations using a Lagragian approach and an Eulerian/ Lagrangian mixed approach were performed on this proposed model. This second approach which significantly reduces the computational cost time was validated for cornering tire simulation. The model allows thereby to estimate the forces in the tire/ ground contact patch. We show the influency of loading parameters (vertical load, inflating pressure and rolling velocity) and of the slip angle on the self aligning torque (MZ) and on the lateral friction coefficient (µY) corresponding on the ratio between lateral force and vertical load due to the aircraft weight. We also present a sensitivity study on geometrical and material parameters.Coulomb's and thermal diffusion tests were performed in order to identify the friction coefficient law as function of temperature (on concrete and asphalte surfaces) and the temperature evolution in the aircraft tire thickness. These tests allowed to take into account thermal effects in the model and to propose a thermal-mechanical coupling model which emphasized the decreasing of µY and the rapid vanishing of MZ towards zero beyond a critical slip angle βmax varying with the tire loading conditions. These variations were observed experimentally