On the modelling of deformable tyre on deformable soil for tread pattern design optimization

Agricultural tyres should satisfy many different requirements, such as to provide good traction performance, to limit soil sinkage and compaction, and to guarantee good comfort level, avoiding high vibrations transmission to the driver seat. The achievement of all these requirements is strongly dependent on tread design, and of course also on soil properties. At present, no numerical approach is available to predict traction properties as a function of tread design, thus requiring the production of several test prototypes. A first attempt to numerically predict tyre-soil contact forces has been done by schematizing the ground as a deformable springs layer and the tyre as a deformable ring reproducing the tread geometry. Moreover, only the purely longitudinal behavior has been investigated. Thus, an in-plane tire model has been considered, to study traction properties, comfort, and soil compaction. Then, a tridimensional model has been studied, modeling the soil as a particles cluster, interacting with each other. To state this model a C++ multi-body library, based on differential variational inequalities, has been accounted. The simulation of a direct shear test has been carried out with this model, to study the influence of numerical parameters on soil modeling, and to show the potentials of this model to study subsoil behaviour.

Gli pneumatici agricoli devono soddisfare molti requisiti differenti, tra i quali si possono elencare offrire una buona forza di trazione, limitare l’affondamento e la compattazione del suolo e garantire un buon livello di comfort, evitando un’elevata trasmissione di vibrazioni dal suolo al sedile del conducente. Il raggiungimento di tutti questi requisiti è fortemente dipendente dal disegno del battistrada, e naturalmente anche dalle proprietà del suolo. A presente, nessun approccio numerico è disponibile per predire le proprietà trattive in funzione del disegno del battistrada, quindi è necessaria la produzione di numerosi prototipi. Un primo tentativo di predire le forze di contatto tra suolo e terreno è stato effettuato schematizzando il terreno come una letto di molle deformabili e lo pneumatico come un anello deformabile, che riproduce la geometria del battistrada. Inoltre solamente il comportamento longitudinale è stato investigato, dunque è stato considerato un modello planare, per studiare le proprietà trattive, il comfort e la compattazione del suolo. Infine è stato studiato un modello tridimensionale, rappresentando il suolo come un ammasso di particelle, interagenti l’una con l’altra. Per formulare questo modello è stata utilizzata una libreria multi-body scritta in linguaggio C++, basata sulla teoria delle disuguaglianze differenziali variazionali (differential variation inequalities – DVI). Con questo modello è stata effettuata la simulazione di un test di taglio diretto, per studiare l’influenza dei parametri numerici sulla modellazione del suolo e per mostrare le potenzialità di questo modello per studiare il comportamento degli strati del sottosuolo.