Los neumáticos a prueba de pinchazos son el futuro

Seguramente has visto la luz: estás disfrutando de una conducción normal y corriente cuando, de repente, aparentemente de la nada, la luz de presión de los neumáticos comienza a brillar de color naranja. Tras la inspección, encuentra que un clavo ha desinflado una de sus llantas.

Es una historia muy común, pero los investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign están trabajando arduamente en una posible solución: un neumático a prueba de pinchazos.

Yeshern Maharaj, ex estudiante de maestría en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la universidad, y Kai A. James, profesora asistente en el Departamento de Ingeniería Aeroespacial, analizaron formas en que podrían diseñar un neumático sin aire que aún tuviera suficiente capacidad para proporcionar un choque. paseo libre. Publicaron sus resultados en el Revista Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería.

Universidad de Illinois

Se estrecharon rápidamente en la capa de cizalla de un neumático, que está justo debajo de la banda de rodadura en un neumático no neumático. En una solicitud de patente de abril de 2017 en nombre de The Goodyear Tire & Rubber Company, el inventor, Francesco Sportelli, escribe que el propósito de la banda de corte es “transferir la carga del contacto con el suelo a través de la tensión en los radios o la red de conexión a el centro “.

A medida que esta banda de corte se deforma, provoca un cambio en la forma de la estructura, en lugar de doblarse. Es por eso que James, uno de los coautores del artículo, dice que es la mejor parte del neumático para jugar como ingeniero.

“La capa de cizalla es donde obtienes el máximo rendimiento desde el punto de vista del diseño”, dice en un comunicado de prensa. “Es donde tienes más libertad para explorar configuraciones de diseño nuevas y únicas”.

James y Maharaj utilizaron la optimización del diseño, una metodología de ingeniería que se basa en el software para ayudar a determinar qué parámetros de diseño conducirán al mejor rendimiento de una estructura. Aquí, querían crear algunos patrones estructurales diferentes para la capa de corte. Utilizaron una simulación por computadora para modelar la respuesta elástica de la capa de corte, es decir, la forma en que se tuerce y estira. El objetivo era encontrar una estructura que pudiera soportar la tensión mientras estaba bajo presión, mientras creaba rigidez en la dirección axial.

“Más allá de cierto nivel de estrés, el material va a fallar”, dijo James. “Así que incorporamos restricciones de tensión, asegurando que cualquiera que sea el diseño, la tensión no exceda el límite del material de diseño”.

Universidad de Illinois

Los investigadores también se centraron en gran medida en las restricciones de pandeo. Si un puntal sufre compresión, podría fallar, por lo que James y Maharaj tuvieron que predecir matemáticamente qué nivel de fuerza introduciría la resistencia y modificarían su diseño en consecuencia. El objetivo, cuando haya terminado, es crear un neumático que pueda soportar la presión y proporcionar una conducción cómoda que no parezca conducir en cuatro bloques de metal.

En la simulación por computadora, los diseños estructurales que podrían fallar, o al menos no son óptimos, se eliminan lentamente. La computadora comienza con un bloque del material a granel del que estará hecha la llanta y retira lentamente partes de ella. Es un acto de equilibrio encontrar el nivel correcto de elasticidad con el nivel correcto de integridad estructural. Si corta agujeros en el material hasta que se vea como un tablero de ajedrez, se irá con la mitad de la rigidez original, señala James. Un patrón más complicado tendrá más matices.

“Los algoritmos de búsqueda tienen formas inteligentes de buscar estratégicamente el espacio de diseño para que, en última instancia, tenga que probar la menor cantidad posible de diseños diferentes”, dice James.
“Luego, a medida que prueba los diseños, gradualmente, cada nuevo diseño es una mejora con respecto al anterior y, finalmente, un diseño que es casi óptimo”.

Por ahora, los neumáticos son aún más populares que cualquier otro competidor sin aire, y James dice que para futuras investigaciones, la universidad necesitará un socio de la industria. Sin embargo, estos neumáticos a prueba de pinchazos podrían estar en el horizonte, ya que algunas cortadoras de césped, cortadoras de césped e incluso una importante empresa de neumáticos, Michelin, ya están utilizando neumáticos sin aire. Mientras tanto, ten una dona a mano.