Нелинейные механические свойства резин и резинокордных композитов и работоспособность деталей шин (1090180), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Также значительно выше статическая прочность связи награнице «корд-резина». Конструкция корда каркаса более простая, чемкаркаса ЯШЗ. Затекание резины внутрь корда не является необходимымусловием обеспечения высокого уровня статической прочности связи.Что касается брекера, то имеющиеся данные показали заметноепревосходство брекерной резины ЯШЗ по сравнению с тем, чтоиспользовано в шине Michelin.Самое существенное то, что результаты лабораторных испытанийОКН полностью подтвердились при испытаниях шин.
Другими методамисделать это не представляется возможным.Еще один пример использования разработанной нами методологииоценки работоспособности шин. Была изготовлена опытная партиягрузовых шин, по конструкции близких к ЦМК шинам, но металлокордбыл заменен сверхвысокомодульным терлоном. Шины были переданы вопытную эксплуатацию и очень быстро выходили из строя по причинерасслоения. Все стандартные методы исследования этих шин не дализаметных отклонений от нормы.Из данных шин были заготовлены ОКН из слоев каркаса и брекера суглом 450 и 900. Результаты испытаний показали следующее. ПрочностьОКН-45 составила 2.4 МПа.
Для сравнения: прочность аналогичныхобразцов с кордом 25А равна 5.9 МПа, с кордом 20ПДУ – 3.9 МПа.Усталостная выносливость при = 30% составила 55000 циклов. Для267сравнения: усталостная выносливость при 38% деформации дляаналогичных ЦМК шин составляет 83000 циклов.Характер разрушения ОКН оказался одинаковым и в статике, и вусталостных испытаниях: образцы разрушились по границе «корд-резина»,при этом наблюдали голые нити корда без следов резины.
Для сравнения:весь имеющийся опыт усталостных испытаний ОКН свидетельствует отом, что граница разрушения проходит по резине. В тех редких случаях,когда разрушение идет по границе, поверхность корда покрыта тонкимслоем темного цвета, скрывающим тонкую структуру корда.Результаты проведенных испытаний показывают, что попрочностным, усталостным и видовым характеристикам связь междукордом и резиной в анализируемой шине является существенно болеенизкой, чем в известных аналогах.УПРУГО-ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВАОБРАЗЦОВ, ВЫРЕЗАННЫХ ИЗ ШИН8УСТАЛОСТНЫЕ СВОЙСТВА ОБРАЗЦОВ,ВЫРЕЗАННЫХ ИЗ ШИНБрекер ЯрославльКаркасМишлен6Брекер Мишлен4КаркасЯрославль20020406080100120ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ДЕФОРМАЦИЯ,%Рис.
5.5.2Lg(циклы до разрушения)НАПРЯЖЕНИЕ, МПа7Мишлен каркас6Ярославль каркас5Мишлен 2-ой слой брекера4Ярославль 2-ой слой брекера3Мишлен каркасЯрославль каркасМишлен 2-ой слой брекераЯрославль 2-ой слой брекера21011,21,41,61,8Lg(деформации, %)Рис.
5.5.322,22688У СТАЛ ОСТН ЫЕ СВОЙ СТВАОБРАЗЦ ОВ, ВЫРЕЗАН Н ЫХ И З Ш И НУСТАЛОСТНЫЕ СВОЙСТВА ОБРАЗЦОВ,ВЫРЕЗАННЫХ ИЗ ШИНLg (циклы до разрушения)6Lg (циклы до разрушения)Мишлен каркас77543Мишлен каркас2Ярославль каркас1Ярославль 2-ой слой брекера-0 ,500 ,5Мишлен каркасЯрославль каркасLg ( н2-ойа п ряже н и я, М П а )Мишленслой брекераЯрославль 2-ой слой брекераРис. 5.5.4Мишлен 2-ой слой брекера5Ярославль 2-ой слой брекера4Мишлен каркасЯрославль каркасМишлен 2-ой слой брекераЯрославль 2-ой слой брекера3210-1,5Мишлен 2-ой слой брекера0Ярославль каркас6-1-0,500,51Lg (энергии деформации, МДж/куб.м)1Рис. 5.5.55.6 Дальнейшие задачиМы изложили концепцию, реализация которой позволитсущественно более точно, оперативно и экономично прогнозироватьповедение резинокордных деталей шины на стадии разработки (создания)новой шины.
Некоторые положения концепции верны в силу своейобщности, т.к. применимы при разработке любого нового изделия, будь товертолеты или роботы. Большая же часть положений специфична иотносится исключительно к области нелинейной механики большихдеформаций анизотропных вязкоупругих материалов, коими являютсяРКК.Все задачи, решение которых нами осуществлено, укладываются врамки концепции. Однако имеется некоторое число названных, но нерешенных задач. Не решены они, в основном, в соответствии с принципом«нельзя объять необъятное», но не потому, что их решение представляетнепреодолимые трудности. Хотя, не будем лукавить, есть задачи, решениекоторых не видно даже на горизонте научных возможностей.269Итак, сформулируем дальнейшие задачи.
Их последовательность,вообще говоря, не связана с их первоочередностью.1. Описание нелинейного термовязкоупругого поведения резины иРКК в произвольных сложных НДС при негармонических импульсныхвоздействиях произвольной формы. Нелинейность должна быть учтена какзависимость модулей от величины и скорости деформации, так и в смысленеподчинения вязкоупругого поведения принципу суперпозицииБольцмана [291].Принципиальная схема решения этой задачи известна.
Она состоит вотыскании оптимального вида ядра интегрального оператора,описывающего последействие [215, 298]. Следующим шагом являетсянахождение коэффициентов ядра, которые давали бы удовлетворительныепо точности значения тепловыделения и тензора напряжений взависимости от вида деформированного состояния и скорости егоизменения, а также от предыстории нагружения.Для нахождения указанных коэффициентов следует провести сериюэкспериментов, результаты которых должны охватывать всю областьизменения исходных значений тензора деформаций и скоростейдеформаций. Перечень таких экспериментов пока не разработан.Возможно, здесь следует использовать подход, разработанный в главе 2,проводя испытания с разной скоростью.2.
Создание пакета компьютерных программ для моделирования стребуемой точностью НДС и скорости изменения НДС в различныхдеталях шины. Свойства материалов в данном пакете должны бытьописаны с учетом результатов пункта 1.В принципе, для решения этой задачи можно использовать методконечных элементов (МКЭ), программная реализация которого достаточнодетально отработана и широко используется в разных областях науки итехники и, в том числе, при расчетах шин.
Однако использование МКЭ вкачестве численного эксперимента при решении задачи оптимизации внастоящее время нереально. Даже использование современныхсуперкомпьютеров с распараллеленным процессом вычислений требует,по некоторым оценкам, нескольких часов для получения решения одного270варианта. Для того, чтобы эффективно реализовать методы, изложенные вразделах 5.3 – 5.4, нужно иметь возможность получения одногочисленного результата за время порядка 5 минут.
Это может бытьосуществлено комплексным использованием методов с разной степеньюдетализации вычислительного процесса.Трудно судить по публикациям, насколько решена данная задача вмире. Сведения об этом строго конфиденциальны. Отечественные шинныефирмы такими пакетами не располагают. Здесь делаются лишь первыешаги (см. главу 1).3.
Разработка молекулярной количественной теории усталостныхсвойств наполненных резин с учетом произвольных условий утомления.Решение задачи в обозримом будущем не предвидится.4. Количественное аналитическое решение задачи деформированиямногослойных РКК с учетом нелинейности свойств резины и корда.Подходы к решению задачи обозначены. Ее реализация позволитсущественно упростить поиск НДС в резинокордных деталях и в шинецеликом.
Методы экспериментальной проверки правильности теорииоснованы на использовании двухслойных ОКН.5. Аналитическое описание свойств резин в произвольном НДС взависимости от режима неизотермической вулканизации. Решениепозволит эффективно оптимизировать процесс вулканизации шины повыходным характеристикам с учетом возможности использования разныхтеплоносителей и их характеристик.271ЗАКЛЮЧЕНИЕВ представленной диссертационной работе поставлена и решеназадача разработки методов описания механических (квазиупругих иусталостных) свойств резин и резинокордных композитов и ихиспользования для прогнозирования работоспособности резинокордныхдеталей шин в условиях, приближенных к эксплуатационным.В первой главе приведен обзор существующих методов описаниянелинейных механических свойств резин и РКК, экспериментальныхметодов исследования этих свойств, а также способов прогнозированияработоспособности на стадии лабораторных исследований.
Из анализалитературысделанвыводонедостаточностисуществующихпредставлений для адекватного описания механических свойств резин иРКК в области конечных деформаций и для использования результатовлабораторных механических испытаний резиновых и резинокордныхобразцов для прогнозирования работоспособности. По итогам обзорасформулированы задачи исследования.Во второй главе исследуются свойства резин.В первом разделе построен упругий потенциал несжимаемого теладля случая изотропности в деформированном состоянии. Впервые решеназадача построения упругого потенциала только на основе принциповсимметрии – однородности, изотропности.
Оказалось, что полученный видпотенциала не соответствует результатам классической теориивысокоэластичности. Однако он совпадает с результатами молекулярнойтеории Хазановича и, как показали многочисленные эксперименты, лучше,чем по классической теории, описывает упругие свойства ненаполненныхрезин в области средних деформаций (до 100%). Однако для наполненныхактивным наполнителем резин этот потенциал оказался недостаточноточным, т.к. он не смог описать существенную нелинейность зависимостинапряжения от деформации при малых значениях (от 0 до 20%) последней.Во втором разделе главы предложен новый подход к построениюупругого потенциала наполненной резины.
Он основан на рассмотренииповедения дифференциального модуля. Выделены три характерные272области для деформаций растяжения от 0 до 100%. Записаныаналитические выражения, описывающие деформационную зависимостьмодуля. Двукратное интегрирование этих выражений дало выражения дляупругого потенциала. Далее осуществлен переход от деформациирастяжения к инвариантному виду.Следующие два раздела посвящены описанию сложного НДС каксуперпозиции чистого и простого сдвигов. Данный подход необходим подвум причинам. Во-первых, такой вид деформированного состоянияхарактерен для резины между нитями корда, во-вторых, этот же принципзаложен в экспериментальный метод воспроизведения на стандартномоборудовании произвольного сложного НДС.В пятом разделе теоретически строго показано, что по результатамиспытаний, полученным в условиях одноосного растяжения-сжатия,можно построить бесчисленное множество упругих потенциалов,одинаково хорошо совпадающих с указанным экспериментом и скольугодно далеко расходящихся при других видах НДС.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
