Нелинейные механические свойства резин и резинокордных композитов и работоспособность деталей шин (1090180), страница 38

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

Текст из файла (страница 38)

На основе проведенного анализасформулированы задачи, решение которых должно позволить перевестипроцедуру прогнозирования в лабораторных условиях с качественного наколичественный уровень. При этом основной упор сделан на то, чтобы вбольшей или меньшей степени учесть все основные факторы,оказывающие заметное влияние на работоспособность резинокордныхдеталей.Первая задача состояла в том, чтобы с требуемой высокой точностьюописать квазиупругие нелинейные свойства резины в условиях сложногоНДС, соответствующего реальной ситуации в шине.

Еѐ теоретическоерешение и экспериментальная проверка даны в главе 2, что позволилоперейти ковторой задаче: разработке методов расчета свойств резинокордныхкомпозитов, исходя из вида упругого потенциала резины и строения РКК.Еѐ решение, осуществленное в главе 3, необходимо для расчета НДС,возникающего между нитями корда в слое и между слоями при известныхсредних деформациях в данной детали шины. Кроме этого, решениеданной задачи позволило решитьтретьюзадачу:предложитьконструкциюирассчитатьхарактеристики специальных образцов для лабораторных испытаний, вкоторых реализуется НДС, с высокой степенью приближенное к НДС вданном месте шины.

Эта задача предполагает более точноепрогнозирование свойств резины и РКК в результате реальногонеизотермического процесса вулканизации, меняющегося от точки к точкев массе шины.Наконец, четвертая задача, явным образом не сформулированная, нонеобходимая при решении всех названных проблем, предполагаетповсеместное использование методов статистики. В результате этого все250расчеты и эксперименты приведены с указанием погрешности призаданной доверительной вероятности.После того, как решены перечисленные задачи, можно приступить кформулированию концепции прогнозирования работоспособности.

Вернее,к развитию концепции, подробно проанализированной в главе 1.Предлагаемая схема организации исследований при разработкенового изделия проиллюстрирована на рис. 5.4.1. Все, что в этой схеменовое, будет нами отмечено.Работа над новым изделием начинается с определения его целевойфункции (или функционала) R, который может быть выбран в виде (5.4.1).Показателями Bi (i = 1,…,M), от которых зависит R, являются выходныехарактеристики - масса шины, габариты, жесткостные характеристики,значения максимальной нагрузки на шину и максимальной скорости,сцепные свойства, потери на качение, гарантийный пробег, показателишума, силовой и геометрической однородности, комфортности и проч.Сюда же входит и цена шины.Показатели Bi зависят от переменных Aj (j = 1,…, N), которымиявляются варьируемые параметры, характеризующие конструкцию шины исвойства ее материалов.На основе целевой функции производится выбор исходного вариантав виде хорошо зарекомендовавшего себя аналога.

Для построения новогоизделия следует применить метод планирования компьютерногоэксперимента. Изложим смысл этого этапа.Будем исходить из того, что в нашем распоряжении имеетсясовершенная компьютерная программа (или пакет программ), которая,используя параметры конструкции шины и свойства составляющих еематериалов, а также условия работы шины, выдает интересующиеконструктора характеристики (жесткость, потери на качение, пробег доразрушения, сцепные свойства, и проч.). Другими словами, заложив впрограмму исходные данные Aj (j = 1,…, N), на выходе получают значениявыходных показателей Bi (i = 1,…,M) и другие требуемые характеристикиготового изделия.

Имеющиеся пакеты, их возможности и ограниченияпроанализированы в обзоре. Ниже будут указаны пути их251усовершенствования с учетом результатов, полученных в даннойдиссертационной работе.Используя известные методы планирования эксперимента [276, 285,288], получим с помощью этого пакета требуемое число«экспериментальных» точек (слово «экспериментальных» мы взяли вкавычки, потому что это не реальный, а компьютерный эксперимент).

Подточкой понимается один вариант шины, для которого определены(рассчитаны) Bi по заданным Aj. Далее применим методы регрессионногоанализа и рассчитаем коэффициенты для выбранной модели связи Bi с Aj(например, в виде (5.3.1)). Задача состоит в нахождении величин Aj,обеспечивающих оптимальные значения величин Bi [289].

В качествекритерия оптимизации выберем функционал следующего вида: B расч B требiiR  Bii 1 m1n1 B min i  расч i  m1 1  B im2n2 B расч i  max i  m2 1  B im3n3(5.4.1)Здесь:m3 – общее число показателей оптимизации,m1 – число показателей, входящих в m3 и ограниченных сверху иснизу,m2 - m1 – число показателей, входящих в m3 и ограниченных снизу,m3 - m2 – число показателей, входящих в m3 и ограниченных сверху,Biтpеб - середина интервала требуемых значений i-го показателя,Bimax – максимальное значение i-го показателя,Bi min – минимальное значение i-го показателяBi - полуширина интервала требуемых значений i-го показателя,n1, n2, n3 – степени, определяющие форму области допустимыхзначений показателей Bi (n1 – четное число).Первый член выражения (5.4.1) описывает показатели, ограниченныеи сверху, и снизу.

Например, длина заготовки протектора, ширина брекераи другие геометрические размеры.Второй член описывает показатели, ограниченные снизу. К нимотносятся: число километров до разрушения каждой детали (это могут252быть разные величины с учетом, например, многократного восстановленияпротектора); сцепные свойства.Третий член описывает показатели, ограниченные сверху.

Например:потери на качение; силовая и геометрическая неоднородность; масса;шумообразование; вибрация.Кроме указанных, могут быть показатели, не имеющиеколичественного выражения. Например: внешний вид, комфортность приезде, экологическая безопасность, способность к утилизации. Для нихможет быть использована балльная оценка, сводящая данные показатели кописанным трем типам.Однако условия (5.4.1) недостаточно.

Задача оптимизации будетрешенной, если будут выполнены неравенстваB расч B требii1B iB mini1расчBii  1,...,m1 i  m1  1,...,m2 B расчi1B maxi(5.4.2)i  m2  1,...,m3 Вид целевого функционала (5.4.1) при его минимизации ссоблюдением условий (5.4.2) позволяет отобрать множество вариантов,показатели Bi которых находятся в заданных областях значений,характеризующих конструкцию шины и свойства ее материалов. Чембольше n, тем ближе R к нулю внутри области допустимых значений и тембыстрее возрастает за границами этой области.Для небольших значений m3 минимум R находится простымперебором всех возможных вариантов с определенным шагом, непревышающим точность измерения соответствующих показателей. Длячисла факторов m3  5 используют различные алгоритмы нахожденияминимума функции многих переменных (см.

раздел 2.7, а также [290]).Описанная процедура выбора и минимизации функционала R можетбыть положена в основу процесса оптимизации конструкции и материалов253шины, с учетом того, что связь выходных показателей Bi с параметрамитехнологического процесса Aj задана уравнениями (5.3.1 – 5.3.4).Рассмотрим более детально введенное выше понятие «совершенногопакета программ».Реально имеющиеся расчетные средства не могут в полной меререшить задачу прогнозирования выходных характеристик шины. Мы небудем останавливаться на том, что в настоящее время не решенадинамическая задача расчета катящейся шины, нет адекватного методарасчета шумообразования, и проч.

В данной работе акцент сделан нарезинокордных деталях. Но и здесь, даже если бы позволяливычислительные возможности компьютеров, имеющиеся программныесредства не дали бы результатов, адекватных реальности, по причиненеточного задания свойств материалов шины – резины и корда. В началераздела перечислены четыре задачи, которые решены в данной работе длячастичного преодоления указанных недостатков. Исходя из этого,совершенным мы будем называть пакет, основанный на МКЭ ииспользующий достаточно близкие к реальным вязкоупругие свойстварезины и корда.Но если основным, наиболее информативным признается МКЭ, тонужны ли другие расчетные методы? Безусловно, нужны.

Они, с однойстороны, часто оказываются достаточными при решении задач геометриишины и внешней механики при воздействии статических нагрузок(внутреннее давление, осевая и боковая нагрузки, и др.), с другой –поставляют исходные данные при использовании программных средствболее высокого уровня. К таким программным средствам относится,например, пакет АПР [141].Итак, совершенный пакет программ предназначен для расчетавыходных характеристик с учетом всех допустимых их значений.Важнейшими выходными характеристиками являются НДС и температура.Их значения требуется знать с максимальной степенью детализации тольков критических зонах – там, где происходит разрушение.

Например, покромкам брекера, между резинокордными слоями, в зоне борта. В этихобластях требуется особая прецизионность вычислений. Повторим, что это254может быть достигнуто на современном этапе только с использованиемМКЭ, при условии, что заложены адекватные свойства материалов.Для определения НДС применяются как расчетные, так иэкспериментальные методы.

Расчетных методов перечислено пять, но ихбольше (см. обзор). Существенным является то, что в расчетные методысамой высокой степени детализации следует включить свойстваматериалов, определенные с учетом их физической нелинейности. Наданном этапе удалось решить задачу деформационной нелинейности(глава 2). Нелинейность вязкоупругого поведения, проявляющаяся в видеотклонения временных зависимостей механических свойств отпредсказаний, основанных на принципе суперпозиции Больцмана [291], вданной работе не учтена и нам не известны публикации по решению этойзадачи для больших деформаций в сложном НДС, в которых решениезадачи было бы доведено до практического применения (о попыткахрешения см. гл.

Характеристики

Список файлов диссертации