Нелинейные механические свойства резин и резинокордных композитов и работоспособность деталей шин (1090180), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Это утверждение дается без ссылок и аргументируетсячисто умозрительно.43Методически важным является утверждение о том, что большаястатическая прочность связи материалов, входящих в многослойнуюсистему, является обязательным, но недостаточным условием дляобеспечения хорошей прочности связи при многократных деформациях.Прямая зависимость между статической и динамической прочностью связиотсутствует, что хорошо известно из практики.В качестве подтверждения предыдущего утверждения приводятсярезультаты испытаний на разрыв и раздир (расслоение) предварительноутомленных образцов, включающих стык двух разных резин.
Показано,что граница разрушения после утомления меняет свое положение,например, переходит со стыка в массив резины. Тот же вывод сделан и дляиспытаний на многократное сжатие образцов со стыком. Приведенывыражения для напряжений в образцах в различно ориентированныхплоскостях.В заключение признается, что имеется некоторая противоречивость восновных требованиях, которые предъявляются при установленииметодики испытаний на прочность связи. Однако следующий шаг неделается – авторы не отказываются от требования обязательностиразрушения по стыку.
Это, как было обосновано выше, является излишнимтребованием. Забегая вперед, отметим, что и в дальнейших работах такойшаг не был сделан, что послужило серьезным препятствием на путисоздания адекватных методов лабораторной оценки работоспособностирезинокордных деталей шины. Хотя авторы анализируемой статьи иделают оговорку, что в случае невозможности обеспечить разрушение постыку следует отдать предпочтение режимам, приближенным кэксплуатационным.Также весьма важной представляется рекомендация выбора образцовдля испытаний с высокой степенью однородности НДС.
Эта рекомендацияво всех последующих работах осталась без внимания, хотя ее важностьочевидна. Наконец, заключительная фраза говорит о том, что всеуказанные требования могут измениться, когда будет создана единаяфизико-химическая теория прочности связи, на основании которой может44быть изыскана возможность замены динамических методов определенияпрочности связи определением комплекса более простых показателей.Резюмируя изложенное, следует отметить фундаментальную рольпредставлений, обобщенных в [112-114], во всем процессе развитияметодологии прогнозирования работоспособности резин и РКК впоследующие годы вплоть до настоящего времени.
Все дальнейшиеисследования, на которых мы остановимся в предлагаемом обзоре, в тойили иной степени представляют собой развитие этих идей.Рассмотрим кратко существующие расчетные и экспериментальныеметоды, позволяющие с той или иной точностью определять напряжения идеформации в различных деталях шины.Задача определения НДС материала в шине довольно сложна и досих пор не имеет строгого решения. В настоящее время разработаномножество экспериментальных и расчетных подходов к данной проблеме.Обзор современных методов экспериментального определениядеформаций и напряжений в шине дан в работах [118, 119, 120].Наибольшее распространение для определения НДС материала в шинеполучили четыре метода.Метод тензометрии.
Основан на применении тензодатчиков(проволочные, фольговые, полупроводниковые). Для измерениядеформаций в шинах разработаны специальные типы тензодатчиков,позволяющих измерять большие деформации без существенного стеснениядеформации резины [121, 122]. При определении деформаций шинытензометры наклеивают на исследуемый участок шины в различныхнаправлениях (обычно окружное направление, меридиональное и под 45).Наибольшее распространение получили резинопроволочные тензометры,которые с успехом применяются для измерения деформаций наповерхности боковой стенки и каркаса легковых шин [123].Метод фотоупругости.
Важной с практической точки зренияявляется фотоупругость анизотропных тел [124], законам которойподчиняются композиты, в частности, армированные материалы. Методфотоупругости может быть использован для моделирования задач микро- имакромеханики композитов, к которым относятся РКК. Основан на45явлении фотоупругости прозрачных полиуретанов и других подобныхматериалов [125, 126, 127, 128]. Заключается в том, что величинадвулучепреломления, вызванная оптической анизотропией, обусловленнойвеличиной приложенных напряжений, подчиняется закону Брюстера.Важной особенностью прозрачных эластомеров является возможность ихприменения для анализа больших деформаций (до 100% и выше).
При этомиспользуются нелинейные зависимости между деформациями инапряжениями [129, 130]. Данный метод может применяться дляопределения напряжений и деформаций шин, изготовленных изполиуретана [131], а также для определения напряжений на поверхностинатурных шин методом фотоупругих покрытий [132].Метод «замораживаемых» вклеек. Наиболее перспективныйэкспериментальный метод определения НДС в различных деталях шины.Основан на фотоупругости материалов холодного отвердения. Данныйметод позволяет определять напряжения во внутренних зонах натурныхшин [118, 133, 134, 135]. В резиновых элементах натурной шины делаютполости, которые заливают фотоупругим материалом холодногоотвердения.
В процессе полимеризации жесткость материала вклейкиувеличивается. Шину с вклейкой нагружают на стенде в момент, когдажесткость недополимеризованного материала вклейки становится равнойжесткости окружающей резины, и полимеризуют вклейку окончательнопод нагрузкой. После завершения полимеризации вклейку извлекают изшины, просвечивают в полярископе и по картинам полос интерференцииопределяют деформации и напряжения. Получаемые с помощью вклееккартины полос интерференции дают наглядную и подробную информациюо сложном характере распределения и концентрации напряжений внаиболее нагруженных зонах шины. Кроме напряжений во вклейкахфиксируются перемещения и кривизна профиля шины под нагрузкой,которые также интересуют конструкторов шин.Бесконтактные оптические методы.
Полезные результаты позволяютполучить методы муаровых полос с проектированием изображения сеткиили двух сеток на поверхность детали [136, 137]. Наблюдаемые картинымуаровых полос дают информацию о форме шины и изменении формы под46действием нагрузки. Изменяя частоту проектируемой сетки и параметрыоптической схемы установки можно в широком диапазоне изменятьчувствительность измерений. Также бесконтактным является и методголографической интерферометрии, позволяющий по картинам полосинтерференции, получаемым при освещении поверхности когерентнымизлучением лазера, определять форму поверхности шины и измененияформы при нагружении [138].Изучение механики шин расчетными методами связано спреодолением практически всех возможных трудностей, встречающихся вданном классе задач для всех известных материалов и изделий.
Шина –изделие сложной конструкции, испытывающее большие деформации,требующие учета геометрической и физической нелинейности. Онасостоит из большого числа разнородных материалов, каждый из которыххарактеризуется ярко выраженной термовязкоупругостью и существеннойсклонностью к старению разных видов под действием внешнихвоздействий. Условия работы шины – усталостное нагружение вимпульсном несинусоидальном режиме. Расчет обязан учитыватьдинамические эффекты. Для учета внешнего силового воздействиятребуется решение контактной задачи.
Применительно к резинокорднымдеталямнаиболееважнымвыходнымпараметромявляетсяработоспособность, т.е. число оборотов (километров), которое выдержитшина до разрушения в заданных условиях эксплуатации. Все сказанноепозволяет заключить, что более сложной неразборной детали, чем шина,видимо, не существует с точки зрения расчета ее выходных характеристик.В расчетных методах определения НДС элементов шиниспользуются следующие модели.Кольцо на упругом основании.Модель используется для решения неосесимметричной задачиобжатия шины на плоскость или неровную поверхность [139, 140, 141,142]. В качестве исходных данных используются реальные геометрическиехарактеристики шины и показатели свойств материалов (в линейномприближении).
На первом этапе [139] была решена контактная задача длямодели радиальной шины, обжатой на плоскость вертикальной нагрузкой,47но без учета кривизны шины в поперечном сечении. В [140] указанныйнедостаток был исправлен. В [141, 142] описан пакет прикладныхпрограмм, позволяющих реализовать на практике предложенную теорию.Все расчеты велись с предположениями: 1) Поперечная кривизна беговойдорожки мала. 2) Каркас и брекер нерастяжимы в меридиональномнаправлении.
3) Все деформации симметричны относительноперпендикуляра, проходящего через центр пятна контакта. Кромеуказанных, использован ряд других предположений, огрубляющихреальную картину, но вполне приемлемых на фоне простоты самоймодели. Хотя расчет на основе кольцевой модели позволяет выявить целыйряд важных характеристик шины (радиальная и боковая податливость,радиус качения, и др.), он не дает достаточной информации о напряженномсостоянии элементов шины. Поэтому необходимо развивать и расчеты,базирующиеся на реальной структуре шины как оболочки.Криволинейная балка.Метод основан на представлении боковой стенки шины в видекриволинейного стержня переменного сечения [143]. В расчетном методеиспользована математическая модель криволинейной балки переменногосечения с применением кинематической гипотезы Тимошенко.Поставленная краевая задача геометрически нелинейна. Для еѐ решениябыл применен шаговый метод с решением на каждом шаге линейнойзадачи.
Предложенная модель описывается системой линейныхдифференциальных уравнений шестого порядка с переменнымикоэффициентами. Проведенные по разработанной теории расчетыподтверждены экспериментально [144].Многослойные анизотропные оболочки.Для анализа напряженного состояния радиальной шины в странахСНГ наибольшее распространение получила модель в виде многослойной,в частности, трехслойной оболочки [90, 145]. Первоначально даннаямодель была использована для решения осесимметричной задачи [146].Анализ состояния шин при неосесимметричных эксплуатационныхнагрузках весьма сложен.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
