Нелинейные механические свойства резин и резинокордных композитов и работоспособность деталей шин (1090180), страница 39
Текст из файла (страница 39)
1).В верхней части рис. 5.4.1 схематически показано, что выборисходного варианта делается для целевой функции (или функционала)изделия с учетом свойств материалов, конструкции и технологииизготовления шины. Далее исходный вариант дополняется возможнымиотклонениями от норм, в результате чего получается исходный«реальный» вариант. Для этого варианта и следует определить с помощьюсовершенного пакета программ выходные характеристики для случаевмаксимального допустимого отклонения от исходного варианта.Послетого,какрассчитанынапряжения,деформации,теплообразование, температура, необходимо оценить, сколько километровпройдет исследуемая деталь шины при рассчитанных нагрузках итемпературах.
Здесь следует использовать усталостные кривые,построенные экспериментально для тех условий, которые реализуются вданной детали шины. Конечно, можно для усталостных кривых построитьаппроксимирующие гиперповерхности, учитывающие разные НДС,температуры, материалы.Еще раз напомним, что в данной работе не рассматриваются вопросыизноса и сцепления шины с дорогой. Нам неизвестны расчетные методы,255которые позволили бы для заданных свойств резины протектора,конструкции шины, по виду рисунка протектора, условиям эксплуатациипрогнозировать указанные характеристики. Для включения сцепныхсвойств и износостойкости в целевой функционал на современном этапенеобходимо использовать не компьютерный, а реальный эксперимент.Конечно, экспериментальные методы нужны и для тех задач,которые решаются методами компьютерного моделирования. Они такжеуказаны в общей схеме на рис.
5.4.1. Эксперимент требуется для настройкирасчетных схем, однако его применение предусматривается в существенноменьших объемах, чем при создании шин существующими методами.В результате применения этих методов получаем размеры, НДСреальной шины, ее тепловое состояние и жесткостные характеристики.Параллельно с расчетом НДС проводится анализ условийвулканизации шины. Здесь также применяются расчетные иэкспериментальные методы. В этой части существующие методы судовлетворительной точностью описывают временные зависимоститемпературы при вулканизации в разных точках.
Результаты этого этапанеобходимы для воспроизведения реальных режимов вулканизации приизготовлении лабораторных образцов типа ОКН для проведенияусталостных испытаний.На следующем, завершающем этапе разработки новой шиныпроводятся усталостные испытания резинокордных образцов, причемусловия испытаний (НДС резины между нитями корда и междурезинокордными слоями, температура испытаний, условия старения) свысокой точностью воспроизводят реальные условия, возникающие вшине при ее эксплуатации. На основе результатов этих испытанийопределяется основная выходная характеристика, характеризующаяработоспособность резинокордных деталей шины – число циклов (иличисло километров, если каждый цикл рассматривать как один оборотколеса), которые выдержит данная деталь до разрушения.Практически всегда оказывается, что связи в соотношениях (5.3.1 –5.3.3) недостаточно точны. Поэтому описанную процедуру разработки256нового изделия следует при необходимости повторить с учетомрезультатов стендовых или эксплуатационных испытаний.В схему на рис.
5.4.1 добавлены квадратики, требующие определенияна этой стадии сцепных свойств и износостойкости. Комментарии по этимэтапам даны выше.После окончания описанной процедуры моделирования новойшины,оптимизированнойпогеометрическим,технологическимиконструктивным параметрам и свойствам материалов, следует провестиоценку условия «равнопрочности». Последнее слово дано в кавычках, т.к.важна не прочность, а усталостная выносливость, или работоспособность.Например, если каркас выдерживает триста тысяч километров, а брекерразваливается при ста тысячах, то нет необходимости усложнятьконструкцию, улучшать свойства материалов и тем самым удорожатьшину для обеспечения таких свойств каркаса.
Можно рассмотреть болеедешевый вариант, который будет обеспечивать требования заказчика.Подчеркнем, что предложенная схема разработки нового изделия стребуемымихарактеристикамиработоспособностиосновананаиспользовании совершенного пакета программ. Создание такого пакета непредставляетсобойпринципиальнонеразрешимуюзадачу.Этотехническая проблема, и на современном этапе она вполне может бытьреализована.257МатериалыВыбор исходноговариантаТехнологияКонструкцияКольцо на упругомоснованииРасчетныеметодыОпределение НДС,теплового состоянияи жесткостныххарактеристикНелинейныевязкоупругиесвойстварезины и РКККриволинейнаябалкаОболочечныемоделиМетод конечныхэлементовПрямое решениетрехмерныхуравненийупругостиТензометрическийЭкспериментальныеметодыПоляризационнооптическийОпределение режимавулканизации образцовдля испытаний(см.
след. страницу)Расчеты тепловыхпотоков итемпературныхполейЭкспериментальныеметодыИзмерениятемпературы впроцессевулканизацииУчет влияния дороги и автомобиляРеальный вариант (с учетомдопустимых отклоненийразмеров, свойствматериалов и параметровтехнологического процесса)Целевая функцияизделия258(см. предыд. стр.)НеизотермическаявулканизацияИзготовление образцовдля испытанийЭкспериментальныеметодыРезина:низациясл. НДСРКК: ОКН, ОКН-2аИспытания образцовДинамическиеУсталостныеСцепление, износПрогноз ресурса с учетомусловий изготовления иэксплуатацииНегармонические циклыКвазиравновесныеПроверка условия«равнопрочности»Рис. 5.4.1 Схема организации исследований при разработкенового изделия259Перечислим то новое, чем отличается предложенная концепцияразработки нового изделия.1. Предложен вид целевой функции (или функционала) (5.4.1),минимизация которой с соблюдением условий (5.4.2) дастрешение задачи построения оптимального варианта шины призаданных требованиях к выходным характеристикам, связькоторых с параметрами технологического процесса и свойствамииспользуемых материалов задана в виде (5.3.1).2.
Расчет НДС, геометрических и жесткостных характеристик,показателей неоднородности следует проводить для реальноговарианта, имеющего наиболее неблагоприятную комбинациюдопустимых отклонений всех учитываемых параметров.Допустимые отклонения не являются жесткими, а определяютсяисходя из системы связанных допусков.3.
Определение НДС, теплового состояния и жесткостныххарактеристик шины следует проводить с учетом нелинейныхупругих и термовязкоупругих свойств резины и РКК,определенных в сложном НДС, характерном для условийэксплуатации.4. Образцы для лабораторных механических испытаний должныиспытываться в тех же НДС, которые реализуются в шине.5. Вулканизацию образцов для испытаний следует проводить внеизотермических условиях, реализующихся в процессевулканизации шины.6. Работоспособность следует оценивать по результатамусталостных испытаний в условиях, приближенныхэксплуатационным.Указанные требования отличаются от того, что до настоящеговремени составляло основу концепции создания новой шины (см.
обзор).2605.5 Прогнозирование работоспособности резинокордных деталей шинс учетом условий реальной эксплуатацииВ рассмотренной в предыдущем разделе схеме важная рольотводится лабораторным усталостным испытаниям, на основе которыхделается прогноз работоспособности (числа километров до разрушения)данной детали шины. При всей убедительности теории, уверенность в ееадекватности может дать только реальный эксперимент на шинах.Рассмотрим результаты сравнительных испытаний ОКН и шин настенде.На опытном заводе НИИШП была изготовлена партия шин моделиБИ-391 175/70 Р13 с применением в каркасе безуточного резинокордногополотна на основе корда 20П.
Часть резинокордного полотна, из которогоизготовлены шины, была исследована при помощи метода ОКН (глава 3).В 50-60 г.г. одной из наиболее часто встречаемых причин выходашин из строя был дефект, связанный с усталостным разрушением кордапод действием циклических деформаций [183, 292]. Позднее выход шин изэксплуатации стал происходить по другим причинам, таким, какразрушение по кромкам брекера, расслоение между слоями брекера, в зонеборта и др.Немаловажным фактором в работоспособности шины являетсядолговечность (усталостная выносливость) каркаса шин. В работе [293]показано, что разрушение каркаса радиальных шин происходит врезультате образования усталостных трещин в резине между нитямикорда. Образование трещин в каркасе происходит после определенногопробега шины (примерно 15-50 тыс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
