An increased environmental awareness, legal demands and the large part of total costs attributable to fuel cost are all incentives for the automotive industry to reduce fuel consumption. The optimal driveline to enable this reduction depends on the operational conditions and the available infrastructure. Moreover, special care is needed when developing the driveline isolators, since the demands on noise, vibration and harshness (NVH) are the same regardless of driveline. To this end, computer aided calculations can be used in order to evaluate a large number of configurations. However, these calculations are only, at best, as good as the material models employed. In the foreseeable future, rubber with reinforcing fillers will be used in vibration isolators in order to obtain the desired properties of these components. However, the stiffness and damping of rubber with reinforcing fillers are highly non-linear functions, and the available material models in commercial software and in the literature are often insufficient. Therefore, a finite strain viscoplastic material model is derived in the time domain and implemented as a user defined material model in Abaqus Explicit. The model captures the strain amplitude and frequency dependency of the storage and loss modulus for a carbon black filled natural rubber. The model is accurate over a wide range of shear strain amplitudes and frequencies, 0.2-50 % and 0.5-20 Hz, respectively, using only 5 material parameters. In addition, the model correctly captures the response from bimodal excitations. The implementation in Abaqus Explicit enables component characteristics to be evaluated early in the development phase, with material parameters derived from simple test specimens. The improved accuracy of simulations of these components can aid engineers develop more optimized solutions faster than with conventional methods. / En ökad miljömedvetenhet, juridiska krav och den stora delen av de totala kostnaderna som kan hänföras till bränslekostnader är alla incitament för fordonsindustrin att minska bränsleförbrukningen. Den optimala drivlinan för att möjliggöra denna minskning beror på driftförhållanden och den tillgängliga infrastrukturen. Dessutom ställs höga krav på utvecklingen av drivlineisolatorer, eftersom kraven på buller och vibrationer (NVH) är desamma oavsett drivlina. För detta ändamål kan datorstödda beräkningar användas för att utvärdera ett stort antal konfigurationer. Dessa beräkningar är, i bästa fall, endast så bra som de använda materialmodellerna. Inom en överskådlig framtid kommer gummi med förstärkande fyllmedel användas i vibrationsisolatorer för att erhålla de önskade egenskaperna hos dessa komponenter. Men styvheten och dämpningen i gummi med förstärkande fyllmedel är kraftigt icke-linjära funktioner, och de tillgängliga materialmodellerna i kommersiella programvaror och i litteraturen är ofta otillräckliga. Därför är en viskoplastisk materialmodell för finita deformationer framtagen i tidsdomänen och implementeras som ett användardefinierat material i Abaqus Explicit. Modellen fångar töjningsamplitud- och frekvensberoendet av lagrings- och förlustmodulen för ett kimröksfyllt naturgummi. Den är korrekt över ett brett intervall av skjuvtöjningsamplituder och frekvenser, 0.2-50% respektive 0.5-20 Hz, och kräver endast 5 materialparametrar. Dessutom fångar modeller responsen från bimodala excitationer. Implementeringen i Abaqus Explicit gör att komponentegenskaper kan utvärderas tidigt i utvecklingsfasen, med materialparametrar som härrör från enkla provkroppar. Den förbättrade noggrannheten i simuleringar av dessa komponenter kan hjälpa ingenjörer att utveckla mer optimerade lösningar snabbare än med konventionella metoder. / <p>QC 20160406</p>

Global warming sets a high demand to reduce the CO2 emissions of vehicles. In the European Union heavy-duty road transports account for 6 % of the total greenhouse gases and one of the main factors affecting these emissions is related to the rolling resistance of tyres. The optimal usage of tyres is an important part of solving these challenges, thereby it is important to understand the parameters affecting rolling resistance and the different compromises coupled to them. These compromises could be analysed using computational and experimental methods. To set out the groundwork necessary to minimise the energy consumption of trucks and assess the different parameters affecting tyre behaviour, the following studies have been conducted during this thesis. A framework to model and parametrise truck tyre rubber has been developed for finite element simulations. The presented parallel rheological material model utilises Mooney-Rivlin hyperelasticity, Prony series viscoelasticity, and perfectly plastic networks. A method to reduce tuneable parameters of the model, which significantly simplifies possible parameter studies, is presented. The model has been parametrised using test data from dynamic mechanical analysis of samples from a long haulage heavy truck tyre, and shows a good agreement with the test data. To test the suitability of the modelling technique for tyre simulations, the constitutive model is used in various tyre simulations using the arbitrary Lagrangian-Eulerian method. The material modelling technique is shown to work for static force-deflection as well as dynamic simulations estimating longitudinal force build-up with varying slip levels. Additionally, the modelling technique captures the uneven contact pressure in steady-state rolling, which indicates that the model could also be used in rolling resistance simulations. To study the change of ambient temperature on rolling resistance using experimental methods, a climate wind tunnel is used where the rolling resistance is quantified using a measurement drum. Tests were conducted between -30 °C and +25 °C, and a considerable ambient temperature dependency on rolling resistance was found. Moreover, temperature measurement inside a tyre shoulder is a good indicator for rolling resistance in a broad range of ambient temperatures. Finally, battery-electric long haulage truck driving range calculations are also conducted with varying rolling resistance and air density at different temperatures, showing a significant decrease of driving range with decreasing ambient temperature. / Den globala uppvärmningen ställer höga krav på att minska tunga fordons CO2-utsläpp. Tunga transporter står för 6 % av de totala växthusgaserna i Europeiska unionen och att fokusera på optimal användning av däck är en viktig del för att minska förorenande växthusgaser. Därför är det viktigt att förstå parametrar som påverkar rullmotståndet och olika kompromisser kopplade till dem. Dessa kompromisser skulle kunna analyseras med hjälp av beräkningsmetoder och experimentella metoder. För att lägga grunden för att minimera energiförbrukningen för lastbilar och bedöma olika parametrar som påverkar däckens beteende, har följande studier genomförts i denna avhandling. Ett ramverk för att modellera och parametrisera lastbilsdäcksgummi utvecklades för finita elementmetod-simuleringar. Den presenterade parallella reologiska materialmodellen använder Mooney-Rivlin hyperelasticitet, Prony-series viskoelasticitet och perfekt plastiska nätverk. En metod har utvecklats för att reducera antalet justerbara materialparametrar i modellen, vilket avsevärt förenklar möjliga parameterstudier. Modellen har parametriserats med hjälp av testdata från dynamisk mekanisk analys och visar en god överensstämmelse mellan testdata och simuleringar. Provstavarna skars ut från ett lastbilsdäck för tunga fordon. För att testa modelleringsteknikens lämplighet användes den konstitutiva modellen i olika däcksimuleringar. Materialmodelleringstekniken har visat sig fungera för statisk vertikalstyvhet såväl som dynamiska simuleringar som uppskattar longitudinell kraftgenerering med varierande slipnivåer och olika friktionskoefficienter. Modelleringstekniken fångar ojämnt kontakttryck vid stationär rullning, vilket indikerar att modellen även kan användas i simuleringar av rullmotstånd. För att studera omgivningstemperaturens inverkan på rullmotståndet med experimentella metoder användes en klimatvindtunnel. Tester utfördes mellan -30 °C och +25 °C och rullmotståndet bestämdes med en mättrumma. Ett avsevärt beroende av omgivningstemperaturen på rullmotståndet påvisades. Dessutom indikerade provningen att temperaturmätning inuti däckskuldran är en bra indikator för rullmotstånd i ett brett område av omgivningstemperaturer. Räckviddsberäkningar för en elektrisk fjärrtransportlastbil utfördes med varierande rullmotstånd och luftdensitet vid olika temperaturer, vilket visade en signifikant minskning av körräckvidden med sjunkande omgivningstemperatur. / <p>QC 220525</p>