Нелинейные механические свойства резин и резинокордных композитов и работоспособность деталей шин (1090180), страница 7

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

Текст из файла (страница 7)

Сделан вывод о нецелесообразности использования прииспытаниях резин понятия «предел усталости», который по причиненечеткости его определения вполне может быть поглощен понятием38«усталостная прочность». В работах [112, 113] описаны методыусталостных испытаний, которые можно разделить на следующие группы:1.испытания в условиях многократного растяжения;2.испытания в условиях знакопеременного изгиба,реализующегося при несоосном вращении;3.испытания при многократном знакопеременном простомсдвиге;4.испытания при многократном сжатии;5.испытания кольцевых образцов в условиях контактногоутомления.В методах (2) и (5) реализуется существенно неоднородное НДС, востальных неоднородности связаны с влиянием зажимов.

В каждом изметодов можно реализовать условия заданных максимальных нагрузок илидеформаций за цикл. Приведены простые соотношения, связывающиестепенным законом энергию деформации с величиной деформации.Описано устройство испытательного оборудования. Обосновываютсятребования к сравнительным испытаниям на работоспособность. Цель этихиспытаний – установить, насколько большей или меньшейработоспособностью в изделии будет обладать данная резина посравнению с эталонной, эксплуатационное поведение которой известно.Подчеркнуто, что сравнительные испытания необходимо проводить такимобразом, чтобы совокупность внешних условий при испытании образцов (впервую очередь механический и тепловой режимы) соответствовалаусловиям работы резины в изделии.

Для пересчетов между разнымирежимами (заданных деформаций, напряжений и энергий) требуютсярезультаты динамических испытаний, для проведения которыхрекомендуется использовать те же образцы, что и в усталостныхиспытаниях (например, гантели в случае знакопеременного изгиба), иликольцевые образцы. Несоответствие НДС гантелей и кольцевых образцовкомпенсируется, по мнению авторов, импульсным режимом нагруженияпоследних, более приближенным к реальным условиям, чемсинусоидальный режим нагружения гантелей. Приводятся простыесоотношения для расчета температуры испытаний, полученные39приближенно с использованием динамических характеристик резины.

Вкачестве итога по этой части работы [113] рекомендуется следующаяпоследовательность операций при проведении сравнительных испытанийбрекерных резин:1)определить показатель гистерезиса К/Е опытной резиныпри температуре 800С (с помощью приборов для динамическихиспытаний резины при качении или при знакопеременном изгибе[115, 116]);2)вычислить расчетную температуру испытанияKT1  50 1  3.7  ;E3)определить динамический модуль при расчетнойтемпературе (приборы те же);4)вычислить расчетную деформацию испытания 5)2;Eопределить работоспособность опытной резины вусловиях знакопеременного изгиба при деформации  и температуреТ1 (машина для усталостных испытаний при знакопеременномизгибе);6)сопоставить полученное значение работоспособности (вциклах до разрушения) с соответствующими значениямиработоспособности эталонной резины, поведение которой в изделииизучено.(Соотношения, используемые в п.п. 2 и 4, выведены в [112]).Смысл предложенной последовательности операций состоит в том,что на основе упрощенной модели сделана попытка реализовать наобразцах реальные «шинные» условия.

Общая идея представляется вполнеконструктивной, однако, уровень ее реализации недостаточен. Основныеисточники погрешности связаны с использованием в виде константымодуля резины E, который, как показано выше, существенно зависит отдеформации, а также с игнорированием реального НДС в деталях шины.Недостаточноточнорассчитываетсятемператураиспытания.40Используемый критерий равенства энергии деформирования в шине иобразце также недостаточно аргументирован.Все указанные трудности не являлись для авторов неожиданными.Свидетельством этому служит заключительная часть цитируемой работы,где предлагается количественную оценку работоспособности проводить влабораторных условиях на модельных образцах, в которыхвоспроизводятся все основные условия работы материала в изделии. Дляреализации этой задачи предлагается изготовить геометрически подобнуюуменьшенную модель шины, для которой выбрать режим испытаний,подобный режиму эксплуатации реального изделия.

Принцип подобиядолжен быть осуществлен как для НДС образца, так и для температурногополя в нем. Обсуждается ряд факторов, могущих исказить результатыиспытаний. К ним относятся: масштабный фактор, влияющий напрочностные характеристики; частотная зависимость разнашиваемости идругих свойств, связанная с необходимостью изменять частоту нагружениямодели для обеспечения необходимого температурного режима; процессыстарения.

В заключение работы [112], которую вполне можно назватьпрограммной, еще раз делается акцент на необходимость воспроизведенияв лабораторных условиях не только НДС и температуры, но и условийстарения, характерных для исследуемой детали шины.Время показало, что основные сформулированные идеи оказалисьверными. В то же время не все поставленные задачи решены к настоящемувремени. Не получила развитие идея создания модельных шинуменьшенного размера по причине трудоемкости. Не удалось добитьсявоспроизведения на образцах требуемых условий нагружения. Приразработке новых брекерных резин усталостные испытания не проводят всреде с ограниченным доступом воздуха. И, наконец, следует привестислова из [113]: «На практике показано, что до сего времениединственной надежной характеристикой работоспособности резиныв изделии являются результаты эксплуатационных испытаний.Причиной несоответствия между данными лабораторных испытанийрезины и ее поведением в изделии является несопоставимостьдинамическихрежимов,реализующихсявлабораториии41эксплуатации».

И далее: «Из приведенного обзора следует, чтонеобходимость разработки таких методов наиболее очевиднаприменительно к испытаниям на усталостную работоспособность».В работе [114] изложены основные принципы разработки методовопределения прочности связи между слоями резины и между резиной икордом в динамических условиях. Во введении указано, что большое числоразработанных к тому времени методов (1957 г.) вызвано не толькошироким ассортиментом резиновых многослойных изделий иразнообразием условий их работы, но также и отсутствием корреляциимежду данными лабораторных испытаний и эксплуатационнымипоказателями. Последнее замечание не потеряло свою актуальность и внастоящее время.Первое требование (см. также [117]) заключается в следующем:необходимо выбирать такие условия испытания, которые по возможностисоответствовали бы эксплуатационным. Обоснование этого требованиязаключается в отсутствии в то время единой теории прочности связи.Следует отметить, что и в настоящее время отсутствует теорияусталостной прочности РКК, которая позволила бы на основаниирезультатовпростыхлабораторныхиспытанийпрогнозироватьработоспособность резинокордных деталей в условиях эксплуатации.Указанное требование следует признать актуальным и теперь.

Здесь жеуказано, что важно с требуемой точностью знать условия нагружения вшине. В этой области достигнут значительный прогресс, о чем будетсказано ниже.Второе основное требование авторы работ [114, 117] формулируюттак: «следует выбирать такую конструкцию образца, чтобы стыкдублированных материалов находился в наиболее напряженномсостоянии, т.е. разрушался в первую очередь.

Это дает возможностьопределять прочность связи, а не прочность многослойнойконструкции в целом».Это требование представляется недостаточно аргументированным последующим причинам. Не ясно, что понимается под «наиболеенапряженным состоянием». Это могут быть максимальные напряжения,42максимальные деформации или максимальные энергии, или, вообщеговоря, любая функция от перечисленных показателей. В разных условияхразные величины могут быть критическими, т.е.

определятьработоспособность. Более того, не ясно, всегда ли можно создать такиеусловия, чтобы разрушение шло строго по стыку? Если, например, стыкпри всех возможных условиях нагружения прочнее (в том числе и поусталостной прочности), чем стыкуемые материалы, то добитьсяразрушения по стыку невозможно в принципе. Далее, с практическойточки зрения важно знать, где произойдет разрушение в исследуемойдетали шины или другого резинотехнического изделия в реальныхусловиях эксплуатации, а не создавать искусственные условия дляразрушения стыка. Даже если и удастся создать такие условия, то остаетсяоткрытым вопрос: а что будет в эксплуатации? Если в искусственныхусловиях разрушился стык, то в соответствии с обоснованием первоготребования к методам испытаний, что-либо определенное о поведении вэксплуатации сказать затруднительно.

Поэтому второе требованиепредлагается сформулировать в виде: «следует выбрать такуюконструкцию образца, чтобы она позволяла в максимальной степенивыполнить первое требование. Это дает возможность определять врезинокордном композите слабое место».Принципиально важным является утверждение о необходимостиотказа от линейной теории упругости. К сожалению, эта, безусловно,актуальная рекомендация (см. введение к этой главе) не нашла должногоразвития в применении к шинным проблемам. До сего времени НДС шин вотечественной практике часто рассчитывают с использованием законаГука (о некоторых попытках учета нелинейности будет сказано ниже).Последнее, третье, требование авторы связывают с необходимостьюсоблюдения условий химического старения в лабораторных испытаниях.Для этого предлагается проводить не малоцикловые, а длительныеусталостные испытания. Здесь же говорится о том, что длительныеусталостные испытания приводят к большему разбросу показателей, чеммалоцикловые.

Характеристики

Список файлов диссертации