Нелинейные механические свойства резин и резинокордных композитов и работоспособность деталей шин (1090180), страница 9

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

Текст из файла (страница 9)

Как правило, для его реализации привлекаютсяупрощающие предположения. В работах [94, 147] для решения задачи48обжатия шины на поверхность дороги и задачи стационарного каченияобжатой шины использовалась приближенная теория трехслойныхоболочек.

Основное упрощение заключалось в линеаризации «точных»геометрически нелинейных уравнений в окрестности состояния шины,вызванного внутренним давлением. В работе [148] уточнениенапряженного состояния, возникающего при обжатии шины, в области сбольшими перемещениями проводится с использованием метода конечныхэлементов. Экспериментальная проверка результатов, получаемых спомощью теории трехслойных оболочек, приведена в работе [149].Представленные результаты свидетельствуют о том, что данный методрасчета радиальных шин обеспечивает приемлемую для практическихцелей точность. Уточнение может быть сделано, например, путем учетаизгибных жесткостей многослойного каркаса и брекера [147].В работах [150, 151] показано, что модель трехслойной анизотропнойоболочки может с успехом применяться для анализа напряженнодеформированного состояния радиальных крупногабаритных шин сучетом температуры разогрева при качении.

Это позволяет корректироватьконструкцию шины так, чтобы произошло повышение прогнозируемогоресурса и улучшение прочностных свойств шины при повышенныхтемпературах.Авторы работ [152, 153] полагают, что получивший распространениев зарубежной практике экстенсивный путь расчета шин на основепространственной теории упругости за счет повышения дискретностипредставления шины в модели МКЭ имеет значение при проведенииконтрольных расчетов уже спроектированных шин с целью окончательнойотработки их конструкции. Начальный же этап проектирования следуетосуществлять по быстродействующим программам, в основу которыхположеныразличныепосложностиоболочечныемодели,ориентированные на использование персональных компьютеров.Приведено решение контактной задачи для многослойной анизотропнойоболочки вращения.

Описаны алгоритмы, представлены расчетныеформулы и результаты моделирования четырехслойной шиныдиагональной конструкции при ее обжатии на жесткое основание.49Показано, что влияние анизотропии на напряженное состояние шинысущественно, а на распределение контактного давления и размеры пятнаконтакта – не существенно.Уравнения теории упругости.Данный метод относится к методам трехмерного моделирования.

Сточки зрения механики шина представляет собой резинокордныйкомпозит, для моделирования которого следует применять математическийаппарат механики композитов. В работе [154] представлен метод, вкотором для моделирования квазистатического и динамическогонагружения шины используются уравнения нелинейной теории упругости.Такое моделирование обладает определенными достоинствами, например,отсутствие гипотез, используемых в теории оболочек.

Метод пригоден длянеоднородных, например, слоистых анизотропных тонкостенных тел.Точность численной реализации за счет увеличения числа узлов меньшезависит от толщины и внутренней структуры. Кроме того, для численногорешения уравнения упругости второго порядка проще, чем уравнениятеории оболочек.Естественно, что при численной реализации трехмерногомоделирования необходимо преодолеть определенные трудности.Основная трудность на пути решения трехмерных задач для тонкостенныхтел состоит в разработке эффективного по скорости алгоритма решениятрехмерных разностных уравнений.

Эта задача осложняется малойсжимаемостью резины, что ухудшает обусловленность разностныхуравнений. В работе [93] приводятся основные моменты методикичисленного моделирования НДС шины при нагружении внутреннимдавлением, совместно внутренним давлением и вертикальной нагрузкой встатике и при стационарном качении, а также описывается динамическаязадача определения НДС при распространении малых возмущений,вызванных импульсной нагрузкой.Метод конечных элементов.В настоящее время метод конечных элементов (МКЭ) широкоприменяется для расчета НДС и выходных характеристик пневматическихшин [155]. Популярность МКЭ обуславливается тем, что этот метод50позволяет исследователю и конструктору шин анализировать практическилюбые изменения конструкции шины и максимально приблизитьматематическую модель к реальным объектам.

Одной из основныхпроблем при применении МКЭ являются ограничения по мощности ЭВМи затратам машинного времени. Время счета увеличивается в степеннойзависимости от числа элементов (или степеней свободы) модели, поэтому сростом их числа быстро наступает предел возможности компьютера, послекоторогодостижениепрактическихрезультатовстановитсяпроблематичным [92].

Данный метод дает возможность моделировать НДСшины, находящейся под действием внутреннего давления и локальнойнагрузки, а также определять потери механической энергии в элементахшины при еѐ качении, что позволяет рассчитывать поля температур помассиву шины [12, 156, 157].Комплексный макро - микромеханический подход.В цикле работ [158, 159, 160, 161, 162, 163] предложен новый подходк механике деформирования резинокордных композитов при большихдеформациях. Композитная среда рассматривается на двух связанныхуровнях анализа – микромеханическом и макромеханическом.

Намикромеханическом уровне анализа формируются микрокраевые задачидля узловых структурных блоков, решение которых позволяет непривлекатьэффективныеопределяющиесоотношениясреды.Структурный блок представляет собой резинокордную ячейку (объемпредставления материала), внутренние поля в элементах структурыкоторого определяются из решения соответствующей микрокраевойзадачи.

Граничные условия микрокраевой задачи задаются на базеинформации о значениях компонент макроскопической деформации поместу данного блока в исследуемой среде. Макроскопическая деформациясреды определяется как производная поля макроскопических перемещенийсреды, которое играет роль исходного понятия теории.В итоге решается задача глобального (макромеханического)описания деформирования композитной среды регулярного строения,когда грани ее структурных блоков испытывают локальные искривлениявместе с изломами на границах раздела матрицы с волокнами (кордом).51Механические свойства материалов матрицы и волокон задаются в видепроизвольных упругих потенциалов.

Микро - макромеханический подходвключает и возможности проведения исследования среды среологическими свойствами составляющих компонентов, а также вусловиях внутренней потери устойчивости композитного материала среды.В данном цикле работ приведены результаты микро макромеханического анализа резинокордных композитов с одной, двумя итремя системами армирования (с однонаправленной, перекрестной итрехнаправленной схемами армирования) при больших деформацияхкомпонентов структуры. Представлены результаты исследованиярезинокордных оболочек при больших перемещениях и деформациях набазе простейшего варианта теории, не включающей микромеханический(локально-структурный) уровень анализа.Следует отметить, что такой подход является новым шагом на путиразвития методов компьютерного моделирования НДС сложныхкомпозитных объектов, поведение которых существенно нелинейно вовсей области деформирования.

Сочетание макро- и микромеханическогоанализа дает новые возможности расчета НДС таких изделий, какпневматическая шина. Актуальность постановки и реализации подобнойзадачи определяется отсутствием в настоящее время расчетных методов,поддающихся реализации на современных доступных вычислительныхкомплексах и достаточно подробно описывающих НДС в наиболееопасных местах, например, между нитями корда в резинокордных слояхили между слоями. Предложенный метод при его программной реализацииприменительно к массовому ассортименту современных шин позволит напорядок и более сократить расчетное время при сохранении точности посравнению с возможностями прямого использования метода конечныхэлементов.

Существенным является также то, что для описаниянелинейных упругих свойств резин могут быть использованыопределяющие соотношения в виде упругих потенциалов произвольноговида.К настоящему времени разработан целый ряд стандартизованных ине стандартизованных методов определения показателей физико-52механических свойств резин, которые используют для оценкиэксплуатационного качества резинотехнических изделий и шин [14, 164,165, 166, 167, 168, 169, 170].По своему назначению методы механических испытаний авторыработы [14] предлагают разделить на три группы: общие (физические),специальные, контрольные.Общие или физические методы дают возможность получитьпоказатели, имеющие ясный физический смысл и позволяющие наиболееполно и объективно характеризовать некоторые свойства испытуемогоматериала в условиях определенного однородного НДС.

Особенностьюфизических методов является сравнительная простота режимовнагружения, необходимая для количественного учета роли напряжения,деформации, температуры и времени воздействия при испытании.Показатели, получаемые этими методами, могут служить не только длясравнительной оценки, но и в качестве абсолютных характеристикматериала.Специальные методы строятся с учетом особенностей режимовпереработки материалов или эксплуатации изделия. Авторы [14] считают,что, как правило, эти режимы достаточно сложны и не поддаются строгомуанализу. Показатели, получаемые этими методами, следует считатьусловными и пригодными лишь для сравнительной оценки материалов,предназначенными для конкретных условий переработки илиэксплуатации.

Однако и в данном случае имеется возможность получатьхарактеристики, которые имеют конкретный физический смысл иявляются абсолютными характеристиками материала. Для этого требуетсяопределить НДС материала в испытуемых образцах и привязатьпоказатели свойств резин к конкретным условиям нагружения,возникающим при испытании образца. Современный уровень развитияметодов математического моделирования позволяет с высокой точностьюрассчитывать НДС в образцах практически произвольной формы, что даетвозможность, изменяя параметры образца получать характеристикиматериала в условиях сложного НДС. Переход методов испытаний из53разряда специальных в разряд физических будет определятьсяоднородностью НДС, возникающего в образце при его нагружении.Практическая ценность определяемых показателей зависит от того, вкакой мере достоверно воспроизводятся основные, наиболее характерныечерты эксплуатационного режима. Надо, однако, отдавать себе отчет в том,что моделирование эксплуатационного режима при испытании образцов вбольшинстве случаев может быть проведено лишь весьма приближенно.Поэтому необходимо проводить отбор и учет факторов, наиболее сильновлияющих на результаты испытания материалов в условиях,моделирующих эксплуатацию изделия.Контрольные методы предназначены для испытаний различныхпартий (образцов) одного и того же материала и служат для обнаружениянежелательных отклонений свойств контролируемого материала отзаданных норм или показателей, получаемых на материалеудовлетворительного качества.

Характеристики

Список файлов диссертации