Нелинейные механические свойства резин и резинокордных композитов и работоспособность деталей шин (1090180), страница 13
Текст из файла (страница 13)
В ней проводились испытания резинокордных образцов состатической составляющей, моделирующей внутреннее давление в шинах.Показано, что повышение минимального напряжения до определенногоуровня при одинаковой динамической амплитуде напряжений приводит кувеличению усталостной выносливости резинокордных композитов.Дальнейшее увеличение статической составляющей выше критическогоуровня приводит к падению усталостной выносливости. По мнениюавторов, этот критический уровень связан с точкой перегиба настатической кривой «напряжение-деформация».Работы [211-213] весьма перспективны с точки зрениямоделирования на простых образцах сложных условий нагружения,близких к «шинным». Однако эти работы экспериментальные и в нихотсутствует расчетная часть, позволяющая определять НДС материала вобразце внутри и между резинокордными слоями.
Данное обстоятельствозатрудняет использование представленных в работах данных длямоделирования на испытываемых образцах НДС реальной шины.В работе [186] представлен обзор публикаций, посвященныхметодам определения выносливости резинокордного композита в условияхсложного НДС и расчетному определению режимов нагружения материала68в исследуемых образцах.
Отмечено, что для шин больший интереспредставляют усталостные характеристики материалов, ответственные заэксплуатационные свойства готового изделия. Трудность расчетов состоитв том, что усилия на корд и связь корд-резина передаются через резиновыймассив, находящийся в неоднородном сложнонапряженном состоянии, ипоэтому режим нагружения материала сложным образом зависит отрежима нагружения образца в целом.
Решение этой фундаментальнойзадачи сделает реальным следующее:1. Привязать результаты усталостных испытаний (пределусталости, число циклов до разрушения, потеря прочности послеопределенного числа циклов) к точно фиксированному режимунагружения.2. Сопоставить режимы нагружения в образце и шине, чтопозволит оценить пригодность результатов данного метода для расчеташины.3. Установить зависимость режима нагружения материала отконструкции образца, режима его нагружения и механических свойствматериала, что позволит конструировать образцы, в которыхреализуется заданный режим нагружения.Среди всех анализируемых в обзоре работ особняком стоитпубликация [214].
Авторы поставили и решили с помощью МКЭ задачуопределения деформаций, напряжений и температур не в «идеальной», а вреальной шине, изготовленной с отклонениями, лежащими в пределахдопусков. Рассмотрены случаи: перераспределения резиновых смесей впрофиле единой детали боковины с резиновой бортовой лентой; шины,собранные с разными вариантами смещений слоев брекера; шины,собранные с разными вариантами схемы борта. В качестве критериевоценки сравниваемых конструкций приняты: интенсивность деформаций в«опасных» зонах шины (кромки брекера, надбортовая зона); суммарныеудельные тепловые потери в шине и по элементам шины; распределениеконтактных давлений; максимальная температура в зонах борта и брекера.Подробно проанализирована шина 175/70R13 модели Бл-85.
Описанывозможные причины технологических отклонений и их последствия.69Количественные результаты приведены в виде таблиц и цветных диаграммполей напряжений и температур. Сделан вывод о высокойинформативности метода, который рекомендуется использовать приуточнении требований к технологическим процессам и оборудованию.1.5Заключение. Цель работыВ обзоре достаточно подробно рассмотрено состояние дел в областипрогнозирования работоспособности резинокордных деталей шин настадии их проектирования с точки зрения механики. Сделан акцент наполученных результатах, на используемых методах.
Вместе с темобнаружено достаточное число уязвимых мест, как в расчетных, так и вэкспериментальных подходах к решению указанной задачи. Анализпубликаций за последнее время [215, 216, 217, 218, 219, 220, 221, 222, 223,224, 225, 226, 227, 228, 229, 230, 231, 232, 233, 234, 235, 236] лишьподтвердил сделанные выводы. Обратим лишь внимание на использованиепри испытаниях резин прибора, позволяющего задавать произвольноесложное НДС растяжением по двум перпендикулярным направлениям[234]. Испытания похожи на использование образца типа «крест», однакоздесь можно задать требуемую скорость деформирования. Недостаткиметода в том, что 1) трудно обеспечить однородность деформирования вовсей рабочей области, и 2) при деформации не происходит поворотглавных осей, что существенно затрудняет построение определяющихуравнений для вязкоупругого случая [237, 238].Основными отечественными источниками информации по темедиссертации является журнал «Каучук и резина» и материалы ежегодноговсероссийского симпозиума с международным участием «Проблемы шини резинокордных композитов».
Авторские обзоры, в том числе материаловсимпозиумов, которые проводятся ежегодно с 1989 г., имеются в работах[239], 240, 241, 242, 243, 244, 245, 246, 247, 248, 249, 250, 251, 252.Ниже перечислены те основные позиции, которые, по мнениюавтора, требуют в настоящее время дальнейшего развития.701.Деформационные механические свойства основныхматериалов шинного производства – резины и корда. Требуется болеетщательное их описание в области малых и средних деформаций вусловиях произвольного сложного НДС с учетом ярко выраженнойнелинейности. Для этого необходимо усовершенствование известных иразработка новых как экспериментальных методов измерения показателейбез влияния субъективного фактора, так и теоретических подходов дляобоснования вида оптимальных упругих потенциалов.2.Деформационные механические свойства анизотропныхРКК – многослойных деталей шин.
Следует разработать методы ихописания с использованием существенно нелинейных свойств резины икорда. Указанные методы должны позволять рассчитывать не толькосвойства РКК как континуума, но и величины напряжений и деформацийрезины между нитями корда в каждом слое и между слоями, а такженапряжения на границах «корд-резина», включая кромки.3.Методы лабораторных испытаний модельных образцов дляпрогнозирования работоспособности как на стадии разработкиперспективных шин, так и готовых изделий.
Эти методы должныудовлетворять основному требованию максимального воспроизведения намодельных образцах конструктивных особенностей и НДС реальногоизделия, а также особенностей технологии изготовления шин. Сюдаследует включить разработку методов расчета конструктивных параметровобразцов и условий их испытаний для обеспечения возможностивыполнения предыдущего требования.4.Общая концепция прогнозирования работоспособности.
Ееразработку следовало бы дать первым пунктом, ибо на ее основе и следуетсвязывать все перечисленные выше проблемы. Концепция, безусловно,должна быть достаточно общей и включать отдельными блоками не толькопроблемы механики, которые, в основном, составляют содержаниепредлагаемой диссертационной работы.Указанные четыре пункта являются теми проблемами, решениюкоторых посвящена данная работа.712.УПРУГИЙ ПОТЕНЦИАЛ РЕЗИНЫ И МОДЕЛИРОВАНИЕСЛОЖНОГО ОДНОРОДНОГО НДС В ЛАБОРАТОРНЫХУСЛОВИЯХ2.1 Упругий потенциал несжимаемого тела для случая изотропностив деформированном состоянииКак следует из литературного обзора, в настоящее время вопрос обоптимальных видах упругого потенциала нельзя считать закрытым как дляненаполненных, так и наполненных активными наполнителями (например,техническим углеродом) вулканизатов. Не вдаваясь в теоретическиепроблемы построения определяющих соотношений (уравнений состояния)на основе молекулярных представлений о строении полимерных цепей исеток и о природе внутри - и межцепных взаимодействий (что выходит зарамки предлагаемого исследования), отметим, что современный уровеньразвития физики полимеров не позволяет получать уравнения состояния изпервых принципов с учетом реального химического строения резины.Существующие модельные представления недостаточно детальны, чтобына их основе строить потенциалы реальных вулканизатов.
Практически всеизвестные потенциалы (см. раздел 1.2) являются эмпирическими. Каждыйиз них предложен для описания поведения материалов определенногокласса. Константы подбираются, как правило, с использованием методанаименьших квадратов на основе сравнения с экспериментом,проведенным в условиях одноосного растяжения – сжатия или простогосдвига. В ряде случаев сжатие заменяется двуосным однороднымрастяжением. Произвольное сложное НДС используется редко по причинесложностей его практической реализации.
Феноменологические теории,построенные исключительно на принципах механики деформируемоготвердого тела, крайне малочисленны. К ним в первую очередь следуетотнести классические работы Муни [47] и Ривлина[31-33].72Муни построил свою теорию с использованием предположения олинейности зависимости условного напряжения от величины деформациипростого сдвига. На этой основе получено уравнение (1.2.21).Ривлин предположил, что основное соотношение теории упругостидля малых деформаций может быть применено и для конечныхдеформаций, однако выражения для гидростатического давления и тензорадеформации изменятся. Это привело к уравнению (1.2.12).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
