Conceptual design and manufacturing of pneumatic tyre

The aim of this thesis is to investigate the physical behaviour of a pneumatic tyre in order to provide an analytical model for the estimation of the radial stiffness. This model will allow the designer to understand the effect of the most important parameters of the tyre in a very early stage of the design process, well in advanced with respect to indoor laboratory tests. The work was carried out by means of the collaboration with Pirelli Research and Development. Before executing the calculation of the stiffness, it was analyzed the production process until the conformation of the tyre, and the successive vulcanization. For what concerns the production process, they were investigated as its different stages, as the involved materials. Regarding the design of the tyre, they were considered as fundamental objectives mileage and different indexes of performance, but also aspects as eco-compatibility and safety were taken into account. To better understand the issues related to safety, they were studied the procedures adopted by the company in the indoor tests and the actually valid regulations. For what concerns the regulations, determined standards must be achieved related to the efficacy of the tyre, taking into consideration its type of construction. After production and safety aspects were treated, all the formulations required for the calculation of the radial stiffness were developed. With aid of the given data, it was possible to analyze the effective behavior of the tyre over the contact patch during the deflection test.

Lo scopo di questa tesi è quello di investigare il comportamento fisico dello pneumatico, in maniera tale da poter fornire un modello analitico per la stima della rigidezza radiale. Questo modello permetterà al progettista di capire l’effetto dei parametri più importanti dello pneumatico in un primo passo del processo di sviluppo, prima dei test interni di laboratorio. Il progetto è stato sviluppato anche grazie alla preziosa collaborazione con “Pirelli“, settore “ Ricerca & Sviluppo ”. Prima di effettuare il calcolo della rigidezza si è analizzato il processo di produzione fino alla conformazione dello pneumatico e alla successiva vulcanizzazione. Per quanto riguarda il processo di produzione sono stati investigati i vari passaggi di lavorazione, così come i materiali coinvolti. In sede di progettazione dello pneumatico si valutano come obiettivi fondamentali performance e durata, ma anche aspetti quali eco-compatibilità e sicurezza. Per comprendere gli aspetti legati alla sicurezza sono state studiate le procedure adottate dall’azienda nei test interni e le normative attualmente in vigore. Per quanto riguarda le normative devono essere raggiunti determinati standard riguardanti l’efficacia dello pneumatico, specifici per il settore per cui è stato costruito. Trattate le tematiche di produzione e sicurezza, si è sviluppata la parte di ricerca della tesi, finalizzata a mettere a punto la formula atta a calcolare la rigidezza radiale. Con i dati a disposizione si è riusciti ad analizzare il comportamento effettivo dello pneumatico nell’orma di contatto e nella sua interezza, durante il test di schiacciamento.