Certaines voiturettes de golf et tondeuses à gazon utilisent déjà des pneus sans air et au moins une grande entreprise de pneus produit un pneu automobile non pneumatique, mais nous avons encore un long chemin à parcourir avant qu'ils ne soient sur chaque véhicule qui sort de la chaîne de montage. Trouver un design qui équilibre la résistance sans perforation avec l'élasticité nécessaire pour un confort, une conduite sans choc comme les pneus conventionnels est la clé.

Pour résoudre certains problèmes, Des chercheurs de l'Université de l'Illinois se sont concentrés sur un composant du pneu :la couche de cisaillement, qui est juste sous la bande de roulement.

"La couche de cisaillement est l'endroit où vous en avez le plus pour votre argent du point de vue de la conception. C'est là que vous avez le plus de liberté pour explorer de nouvelles configurations de conception uniques, " dit Kai James, professeur adjoint au Département de génie aérospatial de l'U of I.

James et Yeshern Maharaj, étudiant diplômé de l'U of I, ont utilisé l'optimisation de la conception, un algorithme informatique, pour proposer une variété de modèles structurels pour la couche de cisaillement d'un pneu non pneumatique.

Ils avaient une simulation informatique qui modélisait la réponse élastique sur la couche de cisaillement. La simulation calcule la capacité du matériau à s'étirer et à se tordre.

« Nous recherchions un niveau de cisaillement élevé, c'est-à-dire quelle contrainte le matériau peut supporter sous pression, mais nous voulons une rigidité dans la direction axiale, " dit James.

Ces pressions physiques ne sont pas comme le vieillissement ou l'altération du pneu, mais sur la pression interne et les contraintes - essentiellement, quelle pression le matériau exerce sur lui-même.

« Au-delà d'un certain niveau de stress, le matériel va échouer, " dit James. " Donc, nous intégrons les contraintes de stress, s'assurer que quelle que soit la conception, la contrainte ne dépasse pas la limite du matériau de conception.

"Il y a aussi des contraintes de flambement. Si vous avez un étroit, membre mince, dire une entretoise dans l'élément, qui subit une compression qui pourrait être sujette au flambage. Nous avons des moyens de prédire mathématiquement quel niveau de force va induire le flambement dans la structure et de le modifier en conséquence. Selon la pondération de chacune des exigences de conception (flambage, stress, raideur, tondre, et chaque combinaison de ceux-ci se traduira par un design différent."

L'objectif est une conception de pneu qui peut résister à la pression mais qui est également élastique pour offrir une conduite qui ne donne pas l'impression de conduire sur des pneus en acier.

James a expliqué comment, pendant que la simulation informatique fonctionne pour trouver le modèle optimal, il élimine les modèles structurels qui ne sont pas optimaux. Cela commence par un bloc simulé par ordinateur du matériau en vrac à partir duquel le pneu sera fabriqué. Parce qu'un bloc solide n'a pas beaucoup d'élasticité, le matériau est pratiquement découpé, laissant des espaces pour la flexibilité.

"Si vous creusez des trous dans le matériau jusqu'à ce qu'il ressemble à un motif en damier, avec la moitié du matériel, vous auriez également la moitié de la rigidité d'origine, " dit-il. " Maintenant, si vous faites un modèle beaucoup plus compliqué, vous pouvez réellement adapter la rigidité."

Évidemment, sur un continuum d'un bloc de matériau à un mince, motif en dentelle, le nombre de conceptions potentielles est infini, mais il n'est pas réaliste de tester chaque conception. Et, il est important de noter que l'algorithme ne se termine pas par cracher un seul, conception optimale.

"Les algorithmes de recherche ont des moyens intelligents de rechercher stratégiquement l'espace de conception afin que vous finissiez par devoir tester le moins de conceptions différentes possible, " dit James. " Alors, pendant que vous testez les conceptions, progressivement, chaque nouveau design est une amélioration par rapport au précédent et finalement, une conception proche de l'optimum."

James a dit que la modélisation informatique d'une structure comme celle-ci, ou tout système physique a des niveaux de complexité codés dans le modèle - un modèle plus précis avec une plus grande fidélité est plus coûteux.

« D'un point de vue informatique, on parle généralement du temps qu'il faut pour exécuter l'analyse sur des ordinateurs de grande puissance, " dit James.

L'analyse future nécessitera un collaborateur de l'industrie ou de la recherche.

L'étude, "Optimisation de la topologie des métamatériaux de pneumatiques non pneumatiques avec contraintes de contraintes et de flambement, " est écrit par Yeshern Maharaj et Kai James. Il est publié dans le Revue internationale des méthodes numériques en ingénierie .