Нелинейные механические свойства резин и резинокордных композитов и работоспособность деталей шин (1090180)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Федеральное государственное бюджетное образовательноеучреждение высшего профессионального образования«Московский государственный университет тонкиххимических технологий им. М.В. Ломоносова»На правах рукописиГамлицкий Юрий АнатольевичУДК 539.313:620.178.3: 678.074НЕЛИНЕЙНЫЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕЗИН ИРЕЗИНОКОРДНЫХ КОМПОЗИТОВ И РАБОТОСПОСОБНОСТЬДЕТАЛЕЙ ШИНДиссертация на соискание ученой степенидоктора технических наук05.17.06 – технология и переработка полимеров и композитовМОСКВА - 20142ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ ......................................................................................................... 41.МЕТОДЫ ОПИСАНИЯ НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ (НДС) ИПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОВЕДЕНИЯ В ЭКСПЛУАТАЦИИ РЕЗИН,РЕЗИНОКОРДНЫХ КОМПОЗИТОВ (РКК) И ШИН............................... 91.1 Введение ..................................................................................................

91.2 Упругие потенциалы резины ............................................................... 131.3 Напряжения и деформации резинокордных слоев............................ 281.4 Расчетные и экспериментальные методы и прогнозированиеработоспособности. Основные принципы .................................................. 371.5 Заключение. Цель работы ....................................................................

692.УПРУГИЙ ПОТЕНЦИАЛ РЕЗИНЫ И МОДЕЛИРОВАНИЕСЛОЖНОГО ОДНОРОДНОГО НДС В ЛАБОРАТОРНЫХУСЛОВИЯХ...................................................................................................... 712.1 Упругий потенциал несжимаемого тела для случая изотропности вдеформированном состоянии ....................................................................... 712.2 Новый подход к построению упругого потенциала наполненнойрезины ............................................................................................................. 812.3 Сложное НДС как суперпозиция чистого и простого сдвигов. ....... 972.4 Частный случай простого сдвига. .....................................................

1012.5 О возможности построения упругого потенциала по результатамодноосного растяжения-сжатия. ................................................................ 1032.6 Экспериментально-расчетный метод определения плотностиэнергии деформации в зависимости от инвариантов деформации ........ 1052.7 Свойства резин в сложном НДС ....................................................... 1112.8 Порообразование.

Задача Ламе для больших деформаций резины1283.МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ НАГРУЖЕНИЯРЕЗИНОКОРДНЫХ КОМПОЗИТОВ ...................................................... 1353.1 Введение (Напряжения и деформации в каркасе и брекере) ......... 1353.2 Резинокордные однослойные образцы с «косой» нитью (ОКН).Критерии однородности деформации резины между нитями корда ..... 1373.3 Расчет НДС резинокордного слоя. Сравнение с экспериментом.....

1493.4 Соотношения для связи НДС каркаса и брекера с НДС ОКН.......... 1603.5 Различия в механике поведения ОКН с металлическим итекстильным кордами. Расчет НДС ОКН с текстильным кордом ......... 1724. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОКН И ПОКАЗАТЕЛИРАБОТОСПОСОБНОСТИ БРЕКЕРА И КАРКАСА ШИН ................. 1824.1 Объекты и методы испытаний .......................................................... 18234.2 Результаты прочностных испытаний (растяжение с постояннойскоростью до разделения на части) ........................................................... 1874.3 Результаты усталостных испытаний ................................................ 2014.4 Характер разрушения ОКН.

Различие законов сниженияусталостной прочности границы «корд-резина» и резины между нитямикорда ............................................................................................................. 2204.5 Коммутативность усталостной выносливости ................................

2255. КОНЦЕПЦИЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИШИН НА СТАДИИ ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ...................................... 2275.1 Общие замечания .................................................................................. 2275.2 Целевое назначение лабораторных испытаний. ................................ 2305.3 Концептуальные вопросы технологического обеспечения качества....................................................................................................................... 2385.4 Схема организации исследований при разработке нового изделия. 2495.5 Прогнозирование работоспособности резинокордных деталей шин сучетом условий реальной эксплуатации ...................................................

2605.6 Дальнейшие задачи ............................................................................... 268ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................. 271ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ .............................................................................. 275Список публикаций автора по теме диссертации .................................. 277ПРИЛОЖЕНИЕ 1. К описанию эффекта Вайсенберга ....................... 293ПРИЛОЖЕНИЕ 2.

Главные напряжения в сложном НДС какпроизводные упругого потенциала............................................................ 299СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ............................................ 3024ВВЕДЕНИЕПневматическая шина представляет собой наиболее массовое инаиболее резиноемкое изделие из всего перечня резинотехническихизделий.

В то же время шина - весьма сложная конструкция с точки зрениямеханики ее нагружения и разрушения. Сложность заключается в том, чторезина, в частности, и резинокордный композит (РКК), в целом,подвергаются в процессе эксплуатации большим деформациям, проявляясущественнуюрелаксационныйанизотропнымнелинейностьвсех(вязкоупругий)материалом,РККмеханическиххарактерработаетвсвойствиповедения.Являясьусловияхсложногонапряженно-деформированного состояния (НДС) при негармоническихциклических воздействиях со стороны дороги и автомобиля.Перечисленныеобстоятельствазначительноосложняютвозможности применения расчетно-аналитических методов в задачахпрогнозирования эксплуатационных характеристик шин.

Существующиекомпьютерные методы используют, как правило, линейный закон дляописания свойств резины (в лучшем случае, наиболее простые нелинейныесоотношения), что вносит существенные погрешности в результатырасчетов НДС.Оценку долговечности разрабатываемой шины чаще всегопроизводят по величине статического запаса прочности ее резинокордныхдеталей (здесь и далее не затрагиваются проблемы износа протектора,представляющие собой существенно иную задачу). Такой подход даетопределенную информацию о поведении шины в эксплуатации, однако нетуверенности в том, что закономерности, полученные при решениистатической задачи, дадут высокую достоверность прогноза в условияхусталостного нагружения.

Более того, имеется значительное числоэкспериментальных данных, из которых следует низкая корреляция междурезультатами статических и усталостных испытаний.5Вместе с тем хорошо известно, что результаты усталостныхиспытаний стандартных резиновых или резинокордных образцов такженеудовлетворительно дают прогноз поведения шины в эксплуатации.Причину этого следует искать в несоответствии НДС, реализующихся виспытываемом образце и в реальном изделии.Таким образом, представляется актуальной задача разработкитеоретико-экспериментальных методов 1) описания сложного НДС резин,наполненных техническим углеродом, и РКК с учетом нелинейностизаконов деформирования приконечныхдеформацияхи 2)прогнозирования работоспособности (долговечности) резинокордныхдеталей шины на основе усталостных испытаний образцов, в которыхреализуются условия нагружения, близкие к реальным.

Это и являетсяосновной целью работы.Научная новизна работы состоит в следующем: на основе гипотезы о сохранении изотропности в деформированномсостоянии для несжимаемого упругого тела (резины) полученовыражение для упругого потенциала в виде зависимости плотностиэнергии деформации от инвариантов тензора больших деформаций; разработанрасчетно-экспериментальныйметодполученияоптимального упругого потенциала наполненной резины и его константв произвольном сложном НДС; предложен и реализован метод экспериментального воспроизведенияпроизвольного сложного однородного НДС резины с помощьюоригинального приспособления на стандартных разрывных машинах; выведены соотношения, связывающие произвольную деформациюрезинокордного слоя с тензором деформации резины между нитямикорда. Их экспериментальная проверка показала высокую степеньоднородности НДС резины между нитями корда; предложен новый тип резинокордного образца с «косой» нитью (ОКН),отличающийся простотой конструкции и изготовления, возможностьювоспроизведения НДС, реализующегося в шине и пригодный дляпроведения упруго-прочностных, динамических и усталостных6испытаний.

Выведены соотношения для связи НДС ОКН с НДСрезинокордных деталей шины (каркаса и брекера); показано, что жесткость текстильного корда на поперечное растяжениеи на продольный сдвиг в условиях малых растягивающих нагрузокимеет значения, соизмеримые с жесткостью резины. Выведенысоотношения для расчета НДС с учетом этих результатов; построена модель и выведены соотношения для расчета критическогодавления при описании явления порообразования в резине в процессевулканизации; проведен большой объем упруго-прочностных и усталостныхиспытаний ОКН. Получена высокая степень совпадения результатовиспытаний образцов и разрушения шин на стенде и в эксплуатации; обнаружено новое явление, заключающееся в различии законовснижения усталостной прочности границы «корд-резина» и резинымежду нитями корда с увеличением базы утомления.

Дано объяснениеэтого явления на основе законов механики; предложенановаяконцепцияпрогнозированияповедениярезинокордных деталей шины в эксплуатации, основанная намаксимальном воспроизведении в лабораторных условиях на образцахтипа ОКН 1) технологических режимов изготовления резин и РКК и 2)вида их нагружения и условий эксплуатации.Все перечисленные результаты являются новыми и получены илинепосредственно автором или при его решающем участии.Все научные и практические результаты исследований получены сиспользованием основных теоретических и экспериментальных принциповфизики и технологии эластомеров и методов нелинейной механикидеформирования композитных, в том числе анизотропных материалов;эксперименты по определению упруго-прочностных и усталостныхсвойств резиновых и резинокордных образцов проведены на серийномвысокоточном оборудовании; точностные характеристики оригинальныхустройств для проведения испытаний подтверждены детальнымсравнением с имеющимися результатами; все без исключения7экспериментальные данные получены с применением статистическойкомпьютерной обработки с указанием вида функции распределениярезультатов испытаний и погрешности при заданной доверительнойвероятности.Научное и практическое значение результатов диссертацииопределяется теоретико-экспериментальным вкладом в описание НДСрезинокордных композитов и закономерностей их усталостногоразрушения, разработкой и реализацией концепции прогнозированияработоспособности РКК с учетом реальных условий их изготовления иэксплуатации.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации