Нелинейные механические свойства резин и резинокордных композитов и работоспособность деталей шин (1090180), страница 10
Текст из файла (страница 10)
В качестве контрольных методов могутвыступать как физические, так и специальные методы. Очевидно, чтоболее достоверная оценка отклонения свойств материала от заданных нормбудет достигнута в случае использования методов испытаний, которыеучитывают условия эксплуатации материала в готовом изделии. Однакодля контроля качества материалов не обязательно проводить их испытанияв условиях, приближенных к реальным, так как гарантироватьстабильность свойств материала можно по комплексу показателей,определяемых стандартными методами.Приведеннаяклассификацияпредставляетсявполнесоответствующей изложенным выше представлениям о методах оценкиработоспособности.
Однако она не является завершенной и потому нереализована в полном объеме. Неясно, в частности, как следует строитьспециальные методы испытаний, чтобы они могли прогнозироватьэксплуатационные характеристики готового изделия? Как понять ипрактически реализовать утверждение о том, что из расчета НДС образцовпрактически любой формы можно получить физические свойстваматериала? Безусловно, верно требование однородности, но как егореализовать и оценить? На указанные вопросы у авторов [14] нет ответа.54Это, по нашему мнению, послужило причиной того, что к настоящемувремени разработано большое число методов, каждый из которыхпретендует называться специальным, но не имеет количественной оценкистепени приближения к реальным условиям нагружения.В этой связи следует остановиться на цикле многолетнихисследований, обобщенных в работах [171, 172, 173].
Автор указанныхпубликаций и многих других, имеющихся в ссылках данных обзоров,справедливо исходит из того, что лишь по результатам усталостныхиспытаний можно делать выводы о качестве резин и РКК. Также невызывают сомнений утверждения о том, что необходимо проводитьиспытания резиновых и резинокордных образцов в тех же температурныхи климатических условиях, которые реализуются при эксплуатации шины,с учетом соответствующих условий старения. Тем самым автор как быразделяет сформулированную его предшественниками [112-114]концепцию о необходимости воспроизведения реальных условий прииспытаниях образцов.Однако на следующем этапе, который предполагает воспроизведениеусловий нагружения, происходит отход от указанной концепции. Вместотого чтобы строго, на основе механики деформирования резиновых ирезинокордных образцов разрабатывать новые методы, предпринимаютсяпопытки «угадать» то или иное техническое решение, которое позволилобы предсказать поведение в эксплуатации.
В качестве примера можнопривести стенд СКР [174], на котором в усталостном режимеиспытываются резиновые образцы в форме кольца на жестком основании;эластометр ЭДМ [175], предназначенный для определения динамическиххарактеристик резины; машину для испытаний резинокордных образцов врежиме усталостного утомления УР-500 [176]. Все указанные приборы иразработанные для них методы испытаний не удовлетворяютклассификации, описанной выше и изложенной в [14]. В частности, вобразцах для приборов СКР и УР-500 реализуется неоднородное НДС,количественно не определенное и существенно отличающееся от того, чтоесть в шине.
В образцах-полосках, испытываемых на приборе ЭДМ,реализуется всякий раз иной скоростной режим нагружения; никак не55учитывается влияние зажимов и трение роликов, и т.д. Отсутствиевоспроизводимости результатов ЭДМ на стандартных современныхприборах фирм INSTRON, MTS, SHENCK и др. подтверждаетсправедливость высказанных замечаний. Далее, при описании свойстврезин, наполненных техническим углеродом, используются заведомонеприемлемые с точки зрения точности виды упругих потенциалов. Вуказанных работах полностью отсутствует статистический анализточности результатов испытаний.Все отмеченные особенности обсуждаемого направления непозволяют отнести его к серьезным попыткам решения проблемпрогнозирования качества изделий на основе результатов лабораторныхиспытаний. Поэтому не представляется удивительным, что предложенныеметоды (в том числе ГОСТ'ированные [175]) и специально разработанныеи изготовленные большим тиражом приборы не используются.В этой связи весьма важными являются результаты исследований[168, 169, 177, 178, 179, 180], где особое внимание уделяется свойствамрезин и методам их определения при малых деформациях, начиная с 1% идаже ниже.
Указывается, что именно в этой области результаты испытанийнаиболее чувствительны к параметрам состава и структуры материала, чтоопределяет их научную и практическую ценность. Кроме того, в областималых деформаций, как указывалось выше, работают практически всеРТИ. Показано, что уже при этих деформациях наблюдается существеннаянелинейность квазиупругих свойств. Вместе с тем, методическая ценностьэтих исследований в последние годы потеряла свою актуальность попричине появления стандартной испытательной техники, уверенноработающей в области малых и сверхмалых деформаций и нагрузок.Практически все исследования, связанные с разработкой новыхперспективных кордов, пропиточных составов и обкладочных резин вкачестве критерия эксплуатационной пригодности используют результатыиспытаний по Н-методу. Метод заключается в выдергивании нити корда изрезинового блока.
Сила выдергивания, а также вид поверхности нити (естьна ней резина или нет) являются теми параметрами, по которым судят окачестве материала. Можно смело утверждать, что только ленивый не56высказал свое отрицательное отношение к этому методу. Причиной томуявляется слабая корреляция между результатами испытаний по Н-методу иповедением РКК в эксплуатации. Механика деформирования образцаобсуждалась, в частности, в работе [181], где приведен аналитическийрасчет касательных напряжений, возникающих при выдергивании упругойнити из слоя матрицы, имеющей существенно более низкую, чем нить,жесткость.
Даже в приближении малых деформаций и закона Гука дляматериалов нити и матрицы получено решение, свидетельствующее означительной разнице напряжений по длине нити. Для случая большихдеформаций и нелинейного уравнения состояния матрицы задача не имеетстрогого аналитического решения.
Использование метода конечныхэлементов [182] приводит к качественно аналогичному результату присущественно большей степени неоднородности напряжений вдоль нити ивозникновении конечных нормальных напряжений в направлении,перпендикулярном нити.Подходы к оценке усталостной работоспособности резинокорднойконструкции шины рассмотрены в работе [183]. Авторы исходят из того,что знание деформаций и напряжений в шине еще не позволяет определитьработоспособность при заданном режиме нагружения. Этот вопрос можнорешить, лишь располагая усталостными характеристиками шинныхматериалов при режимах нагружения, близких к эксплуатационным, т.к.возможность пересчета результатов усталостных испытаний, полученныхпри одном режиме, применительно к другому режиму пока еще неосуществлена. Усталостные свойства корда каркаса шин диагональнойконструкции определяли на модельных шинах с уменьшенным слоемпротекторной резины.
Учитывали температурный режим и характернагружения. Установили зависимость усталостной работоспособностикорда от величины начального усилия и амплитуды деформации нити.Предложенный подход следует признать верным. Однако егопрактическая реализация требует больших временных и материальныхзатрат на изготовление достаточно большой партии модельных шин длякаждой новой конструкции или материалов.
По этой причине метод не57получил распространения. Исследователи большее внимание уделялипростым резинокордным образцам.Резинокордный образец, представляющий собой резиновую полоскус завулканизованной в ее средней части нитью металлокорда,расположенной под углом 900 к продольной оси описан в работе [184]. Кчислу его преимуществ относится возможность использования впрочностных и усталостных испытаниях. Однако НДС образцасущественно неоднородно и не может направленно варьироваться длямоделирования реальной ситуации в шине. В сообщении заявлено охорошем согласии результатов испытаний образцов и шин, однако данных,подтверждающих этот вывод, не приведено.Еще одним типом применяемых образцов являются образцы в видедвухслойного ремня [185]. В каждом из резинокордных слоев нити кордарасположены в продольном направлении.
Ремень натянут и изгибается наролике, двигаясь попеременно в двух направлениях. Расчет напряженийпроизводится по простой схеме изгиба балки с приведениемрезинокордной конструкции к однородной эквивалентной - резиновой сиными модулями. При этом разномодульность корда при растяжениисжатии учитывается, а сдвиги в резине между слоями не учитываются.Рассматриваются различные конструкции образца - слои с одинаковымкордом и разными кордами (например, в одном металлокорд), или один изслоев резиновый.
Изменение НДС в образце достигается за счет изменениярастягивающего усилия и диаметра ролика. Все это дает возможностьварьировать режим нагружения испытуемого РКК в широких пределах.Однако расчет, применяемый в статье, недостаточно точен в силупринятых допущений [186].В цикле работ [187, 188, 189] приведены результатыэкспериментально-расчетныхисследованийусталостныхсвойстврезинокордных образцов. Прибор для испытаний представляет собой двасинхронно вращающихся диска, плоскости которых не параллельны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
