Modello di attrito microscopico : un'estensione del modello di Persson

This thesis has been developed at the Mechanical Engineering Department of Politecnico di Milano, carried out in close cooperation with the ‘Research and Development’ Department of Pirelli Tyre S.p.A. and the Chemical Engineering Department of Politecnico di Milano. This work focuses on studying friction between tire tread compound and road surfaces. The aim of this work is the identification of a local friction law, as general as possible, in order to estimate the friction coefficient related to all main parameters involved in the phenomenon: from road surface roughness to viscoelastic properties of the tire tread compound. To date, a model describing a local friction law, which is accurate, robust and general enough to adapt to different surfaces and rubber compounds, maintaining the same level of accuracy, has not been developed yet. Starting from a wide and accurate investigation of existing models developed by the most cited authors, a detailed state of the art of this research field has been composed. Friction properly results from two contributions: an hysteretic component, due to cyclic deformations exerted from surface asperities on the rubber, and an adhesive one, due to molecular and atomic interactions between the in-contact surfaces. Knowledge found out during the previous bibliographic research step has been used in order to generalize the best friction theories discovered, considering all the positive features of each model. Hence a new law of friction, that takes into account both the adhesive and hysteretic contributions and has a satisfactory agreement with experimental data, has been proposed.

Questa tesi è stata svolta presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica del Politecnico di Milano, in stretta collaborazione con il reparto di ‘Ricerca e Sviluppo’ di Pirelli Tyre S.p.A. ed il Dipartimento di Ingegneria Chimica del Politecnico di Milano. Il lavoro si è focalizzato sullo studio del fenomeno dell’attrito sviluppato tra la gomma di uno pneumatico automobilistico e l’asfalto stradale. L’obiettivo è stato fissato nell’identificazione di una legge di attrito a carattere locale, il più possibile generalizzata, che consenta di stimare il coefficiente di attrito a partire dalle grandezze fondamentali che governano il fenomeno: dalla rugosità dell’asfalto alle proprietà viscoelastiche del materiale dello pneumatico. Ad oggi non esiste ancora un modello che descriva la legge di attrito a livello locale in un modo sufficientemente preciso, robusto e generale da potersi adattare a differenti superfici e mescole, mantenendo invariato il livello di accuratezza. Partendo da un lungo e dettagliato studio dei modelli esistenti proposti da molti autori, si è voluto costruire un accurato stato dell’arte per questo ambito di ricerca. Il fenomeno dell’attrito è risultato dipendere sostanzialmente da due contributi: uno isteretico, derivante dalle deformazioni imposte dall’asfalto alla gomma, ed uno adesivo derivante dalle interazioni molecolari e atomiche tra le superfici a contatto. Si sono poi utilizzate le conoscenze apprese nella precedente fase di analisi bibliografica, allo scopo di generalizzare le migliori leggi di attrito identificate, conservando gli aspetti positivi di ciascuna. E’ stata dunque proposta una nuova legge di attrito che tenesse conto di entrambi i contributi isteretico ed adesivo, e che consentisse di avere una buona aderenza ai risultati sperimentali.