تایر بدون باد چاپ سه بعدی از پلی یورتان ترموپلاستیک (TPU-۹۵A)؛ پیش بینی رفتار فشاری

تایر بدون باد، به جای هوای فشرده، با یک ساختار داخلی انعطاف پذیر از پلی یورتان ترموپلاستیک (TPU-95A) نیرو را تحمل می کند و در برابر پنچری ایمن است؛ اما پیش بینی رفتار فشاری آن دشوار است، چون این پلیمر در تغییرشکل های بزرگ، رفتاری غیرخطی و وابسته به سرعت بارگذاری دارد. مقاله ای داوری شده که در ۵ نوامبر ۲۰۲۶ در ژورنال Polymers منتشر شد، روشی برای مشخصه یابی و مدل سازی چنین تایرهایی بررسی می کند.

پژوهشگران دانشگاه بورسا اولوداغ در ترکیه، رفتار فیلامنت TPU-95A را با آزمون کشش در سه سرعت بارگذاری ۶۰، ۶۰۰ و ۶۰۰۰ میلی متر بر دقیقه و با یک دستگاه رومیزی ساخت خودشان اندازه گرفتند. منحنی های تنش–کرنش این آزمون ها هم زمان برای کالیبره کردن مدل سه شبکه ای (TNM) در نرم افزار PolyUMod به کار رفت؛ مدلی که رفتار غیرخطی در تغییرشکل بزرگ و حساسیت به سرعت را در یک چارچوب واحد نشان می دهد. برازش کالیبراسیون به ضریب تعیین R² برابر ۰٫۹۹۳ رسید.

سپس چهار نمونه اولیه تایر بدون باد با چاپ سه بعدی به روش لایه نشانی مذاب (FDM) ساخته شد: یکی با شبکه شش ضلعی معمولی و سه تای دیگر با شبکه های کمکی (آگزتیک) به شکل های بازگشتی، پیکانی و ستاره ای. این نمونه ها در مقیاس حدود یک دهم ساخته شدند؛ بر پایه اندازه مرجع 235/60 R15، با قطر بیرونی ۶۶ میلی متر، قطر داخلی ۳۸ میلی متر و پهنا ۲۴ میلی متر. نمونه ها در آزمون فشار آزمایش شدند و منحنی نیرو–جابه جایی آن ها با پیش بینی مدل المان محدود مقایسه شد. خطای نرمال شده پیش بینی (NRMSE) برای شبکه های شش ضلعی، بازگشتی، پیکانی و ستاره ای به ترتیب ۸٫۲۳، ۱۱٫۸۹، ۱۷٫۶۱ و ۳٫۹۴ درصد بود؛ یعنی مدل برای شبکه ستاره ای نزدیک ترین و برای شبکه پیکانی دورترین پیش بینی را داشت.

این نتیجه، درباره نمونه های اولیه کوچک در مقیاس آزمایشگاهی و در یک سرعت فشار مشخص است، نه آزمون یک تایر با اندازه واقعی در جاده؛ پس نباید با اثبات عملکرد تایر بدون باد در خودرو اشتباه گرفته شود. اعتبارسنجی ساختاری فقط در سرعت فشار ۱۰ میلی متر بر دقیقه انجام شد و کالیبراسیون ماده فقط بر پایه آزمون کشش تک محوره روی فیلامنت بود. با این حال، این مقاله نشان می دهد که می توان با داده های ساده کشش فیلامنت، رفتار فشاری ساختارهای شبکه ای چاپ سه بعدی از TPU را با دقت قابل قبولی پیش بینی کرد؛ گامی برای طراحی تایرهای بدون باد از پلیمرهای ترموپلاستیک.

منبع: Polymers (ام دی پی آی، مقاله داوری شده)، ۵ نوامبر ۲۰۲۶، https://www.mdpi.com/2073-4360/18/21/2752

مرضیه رهنورد آهن