Università degli Studi di Roma “Tor Vergata”
Dipartimento di Ingegneria Meccanica
Indagine Sperimentale e Numerica
sulle Caratteristiche degli Pneumatici
per Go Kart da Competizione
Prof. C. Brutti - Ing. M. E. Biancolini - Ing. F. Renzi - Ing. S. Porziani
Università degli Studi di Roma “Tor Vergata”
Dipartimento di Ingegneria Meccanica
Oggetto e Scopo

Caratterizzazione di pneumatici da gara per go kart mediante
l’analisi dell’impronta a terra

Raffronto tra risultati ottenuti per via numerica e dati
sperimentali al variare della pressione di gonfiaggio
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Pneumatici per go kart



Assenza di sospensioni
I trasferimenti di carico e l’handling del veicolo sono
demandati al telaio e agli pneumatici
La rigidezza radiale dello pneumatico è un parametro di
interesse nel set up del veicolo
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Test in Laboratorio




Macchina di trazione equipaggiata con cella di carico da 5 kN
Piastra in acciaio per la rappresentazione del terreno
Gomito in acciaio con cuscinetti e attacchi di un go kart
Ogni pneumatico è stato equipaggiato con il proprio cerchio
per facilitare il montaggio sulla macchina
Parametri macchina:
 Precarico: 1 N
 Carico limite: 1200 N
 Velocità di prova: 1 mm/min
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Test in Laboratorio
Tipologie di pneumatici testati:
 Maxxis HG1 e HG2
 Anteriore e Posteriore
 Range di pressioni da 0,6 bar a 1,2 bar con incrementi di 0,2 bar
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Test in Laboratorio
L’analisi delle impronte è stata effettuata realizzando un telaio da
applicare alla macchina con una lastra di vetro e uno specchio
inclinato a 45°
Parametri macchina:
 Precarico: 1 N
 Carico limite: 1200 N
 Velocità di prova: 1 mm/min
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Modello Numerico




Software utilizzati: Femap e Nastran
Elementi di tipo “solid”
Cerchio rappresentato con elementi di tipo “rigid”
Contatto simulato con elementi di tipo “slide lines”
I dati relativi ai materiali sono stati ricavati da rilievi sperimentali
effettuati su campioni di mescola HG 3:
Battistrada
Tela
Cordolo
Modulo di Young ( MPa )
2
220
206000
Coeff. di Poisson
0,47
0,3
0,3
Densità ( kg / m3 )
950
2400
7800
Spessore ( mm )
5
2
-
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Modello Numerico




Analisi di tipo statico non lineare
Simulazione del gonfiaggio dello pneumatico e successivo
schiacciamento
Vincoli applicati in modo da simulare le reali condizioni di
montaggio
Estrazione dell’impronta a terra mediante una sezione posta a
1/100 di millimetro dalla superficie del terreno
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Risultati sperimentali
1200
1200
1000
1000
800
800
FORCE (N)
FORCE (N)
Curve caratteristiche degli pneumatici testati:
 HG1 anteriore
 HG1 posteriore
600
1,2bar
1,0bar
0,8bar
0,6bar
400
200
600
1,2bar
1,0bar
0,8bar
0,6bar
400
200
0
0
-2
0
2
4
6
8
10
STRAIN (mm)
12
14
16
18
-2
0
2
4
6
8
10
STRAIN (mm)
12
14
16
18
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Risultati sperimentali
1200
1200
1000
1000
800
800
FORCE (N)
FORCE (N)
Curve caratteristiche degli pneumatici testati:
 HG2 anteriore
 HG2 posteriori
600
1,2bar
1,0bar
0,8bar
0,6bar
400
200
600
1,2bar
1,0bar
0,8bar
0,6bar
400
200
0
0
-2
0
2
4
6
8
10
STRAIN (mm)
12
14
16
18
-2
0
2
4
6
8
10
STRAIN (mm)
12
14
16
18
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Risultati sperimentali
Andamento della rigidezza al variare della pressione di gonfiaggio:
 Pneumatici anteriori
 Pneumatici posteriori
125
125
120
120
115
115
110
105
105
100
HG1
HG2
95
k (N/mm)
k (N/mm)
110
100
95
90
90
85
85
80
HG1
HG2
80
0,6
0,7
0,8
0,9
p (bar)
1,0
1,1
1,2
0,6
0,7
0,8
0,9
P (bar)
1,0
1,1
1,2
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Risultati sperimentali
Progressione sperimentale delle impronte: HG1 Anteriore
0,6 bar
1,2 bar
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Risultati sperimentali
Progressione sperimentale delle impronte: HG1 Posteriore
0,6 bar
1,2 bar
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Risultati numerici
p=0.6 bar
250 N
Risultati ottenuti
con il modello
numerico dello
pneumatico:
deformazioni
500 N
750 N
1000 N
p=1.2 bar
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Conclusioni

I risultati del modello numerico sono in
buon accordo con quelli sperimentali,
reperibili in: R. Baudille, M.E. Biancolini, C.
Brutti, L. Reccia - “Analisi integrata multi-body
FEM del comportamento dinamico di un kart”,
Atti del convegno AIAS, Alghero, Ottobre 2001.


Per gli pneumatici posteriori la mescola
HG1 risulta più rigida della HG2 e meno
rigida della HG3; il modello numerico
rispetta questo andamento.
L’andamento regolare dei dati del modello numerico è da
imputare alle approssimazioni introdotte in fase di modellazione
dei materiali e all’aver considerato lineare il comportamento della
gomma in un range di carichi troppo ampio.
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Conclusioni


La zona di contatto pneumatico-suolo, come prevedibile,
diminuisce all’aumentare della presisone di gonfiaggio.
Al diminuire della pressione e all’aumentare del carico a
seguito dell’aumentare della zona di contatto si verifica un
inarcamento delle regioni laterali del battistrada con
conseguente perdita di contatto:
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Conclusioni
400 N
numerici
HG1
HG2
100
90
60
50
40
30
0
-10
-20
-30
10
0
-10
-20
-30
-50
-60
-70
-80
-90
-100-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
X Axis Title
X Axis Title
-100
-100-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
30
20
20
10
10
0
-10
-20
-30
-40
-40
-50
-50
-60
-60
-70
-70
-80
-90
-100
-100-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
X Axis Title
HG1
100
HG2
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
-100
-100-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
X Axis Title
X Axis Title
numerici
HG1
HG2
100
90
numerici
HG1
HG2
100
90
80
80
70
70
60
60
50
50
40
40
30
30
20
20
10
Y Axis Title
30
HG1
100
HG2
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
-100
-100-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
X Axis Title
numerici
numerici
HG1
HG2
90
numerici
-40
-100-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
100
Y Axis Title
Y Axis Title
-30
-100
40
X Axis Title
-20
-100
40
-100-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
-10
-90
50
-100
20
0
-90
60
-90
30
10
-80
-80
70
-80
40
30
-70
80
-30
50
40
-60
-70
50
-20
60
50
-50
-60
60
-10
70
60
-40
-50
70
0
80
70
Y Axis Title
10
-40
80
1.2
bar
90
80
1000 N
numerici
HG1
HG2
100
20
20
numerici
HG1
HG2
90
90
70
800 N
numerici
HG1
HG2
100
80
X Axis Title
100
600 N
Y Axis Title
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
-100
-100-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Y Axis Title
0.6
bar
Y Axis Title
numerici
HG1
HG2
Y Axis Title
200 N
Y Axis Title

Differenze tra modelli numerici e risultati sperimentali dovute alle
approssimazioni effettuate sui modelli.
Le due mescole testate hanno un comportamento diverso dovuto alla
differente struttura: la HG1 (più rigida) mantiene la sua forma
all’aumentare del carico, la HG2 subisce degli increspamenti a causa della
maggiore cedevolezza.
Y Axis Title

0
-10
-20
-30
10
0
-10
-20
-30
-40
-40
-50
-50
-60
-60
-70
-70
-80
-80
-90
-90
-100
-100
-100-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
-100-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
X Axis Title
X Axis Title
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Sviluppi Futuri





Affinamento della modellazione dei materiali nel modello
numerico
Introduzione delle non linearità nel comportamento della
gomma dello pneumatico
Valutazione dell’influenza dell’angolo di camber
Valutazione dei carichi agenti sullo pneumatico derivanti dalle
condizioni di marcia
Nuovi test sperimentali su pneumatici “Le Cont”
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Indagine Sperimentale e Numerica
sulle Caratteristiche degli Pneumatici
per Go Kart da Competizione
Prof. C. Brutti - Ing. M. E. Biancolini - Ing. F. Renzi - Ing. S. Porziani