Долговечность и оптимальное проектирование гусеничного движителя с резинометаллическими элементами (1094948), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Расчетно-экспериментальные методы являются достаточ-33но трудоемкими и не позволяют прогнозировать механическое поведение резиновых элементов на стадии проектирования.Резина,какконструкционныйматериал,обладаеттакимифизико-механическими свойствами как: способность к большим обратимым упругим деформациям; существенное влияние режима деформирования, связанное с проявлением вязкоупругих свойств; накопление необратимых изменений структуры;старение резины; значительное внутреннее трение, вызывающее теплообразование вследствие низкой теплопроводности.Описание указанных свойств резины возможны в рамках существующихтеорий: линейной и нелинейной теории упругости несжимаемого материала; теории термо-вязкоупругости при малых и конечных деформациях; теории наложения малых деформаций на конечные. Применение указанных теорий тесно связано с разработкой прикладных методов расчета и конструирования резинотехнических изделий и, в конечном счете, подчинено проблеме определения работоспособности и долговечности конструкций из эластомеров.Методы расчета напряженно-деформированного состояния резинотехнических изделий, основанные на линейной теории упругости несжимаемого материала, к настоящему времени достаточно полно разработаны.
В работах БидерманаВ.Л. [326], Суxовой Н.А., Гомана А.М., Мартьяновой Г.В. [60, 61, 258], ЛавенделаЭ.Э. [243, 320], Дымникова С.И. [91, 127-134, 320] представлены методы расчетаи расчеты прямоугольных и цилиндрических амортизаторов, сварных резинометаллических шарниров, конусных и цилиндрических шайб, обрезиненных каткови валов, уплотнений.Применение методов нелинейной теории упругости несжимаемого материала позволило Бидерману В.Л., Суxовой Н.А.
[60], Дымникову С.И., ДружининуВ.А. [91, 127 - 133], Щербакову [382] получить в области больших деформацийрешения задач расчета прямоугольных и цилиндрических резинометаллическихамортизаторов; резинометаллических шарниров сварного, сборного и комбинированного типов, дисков. Развитию методов расчета изделий из эластомеров и их34применению к расчету конструкций посвящены работы [50, 53, 144, 162, 264 –267, 269, 321, 340, 360, 381].Изучению вязкоупругого поведения, явлений саморазогрева резиновых элементов при динамических нагруженияx посвящены теоретические и экспериментальные исследования [5, 6, 51, 52, 114, 150, 162, 172, 174, 181, 242, 243, 251, 252,265, 266, 317-320, 339, 347, 460], которые позволили разработать практическиеметоды расчета.Разработке методов для оценки долговечности резиновых элементов на основе различных критериев длительной прочности посвящены работы [47, 68, 92,97, 98, 100, 143, 148, 168, 172, 173, 175, 179, 180, 244, 259, 266, 272, 367-370, 317319, 330, 333].На основе проведенных работ и обобщения критериев длительной прочности эластомеров, Лавендел Э.Э.
и Масленников В.Г. [259] предложили методикупрактического расчета длительной прочности резинотехнических изделий, базирующуюся на термодинамике необратимых процессов. Долговечность конструкции из эластомера определяется на основе энтропийного критерия. Предполагается, что разрушение деформируемого тела происходит в области, где приращениеплотности энтропии достигает критического значения, которое является характеристикой материала.Для оценки долговечности резиновых элементов при циклическом деформировании применяется алгоритм расчета, включающий определение напряженно-деформированного состояния, определение установившейся температуры саморазогрева, определение области концентрации критерия, решение критериального уравнения в опасной точке относительно долговечности.
Достоинствамиприменения критерия заключаются в том, что позволяет оценить долговечностьпри любом характере разрушения, позволяет учесть как механическое, так и тепловое воздействия, обладает свойством инвариантности.В большинстве указанных выше работ принимается, что в начальном состоянии резиновые изделия не имеют предварительных напряжений и деформаций.Однако, силовые резиновые и резинометаллические элементы гусеничного дви-35жителя подвергнуты значительным начальным деформациям (порядка 30-50%),которые возникают при монтаже их в узлах гусеничного движителя.Вследствие такого рода начальных деформаций, обусловленных технологическими особенностями, первоначально изотропный материал приобретает деформационную анизотропию.Учет деформационной анизотропии должен быть осуществлен на всех стадиях расчета резиновых элементов: в упругой постановке; при рассмотрении резины как вязкоупругого материала; в исследовании теплообразования при циклических нагруженияx.
Особенно это становится важным при оценке сроков службы(долговечности) резиновых элементов.Для изделий из эластомеров, работающих в области больших деформаций,влияние истории нагружения и связанные с этим эффекты могут быть описаны врамках разработанной в [147, 253, 320] теории наложения малых деформаций наконечные. В этом случае на всех этапах практических расчетов резиновых элементов в области упругих и неупругих деформаций история нагружения можетбыть представлена как последовательность предварительных нагружений.Рассмотренные методы расчета эластомеров широко применялись для изучения свойств и совершенствования конструкции резинометаллических шарнировгусеничного движителя.Оценка влияния конструктивных параметров резинометаллического шарнира и режимов нагружения на долговечность РМШ посвящены работы ГореликаБ.М., Глуховой Ю.В., Масленникова В.Г.
[90, 95, 260, 261], а также работа [183], вкоторой освещены не только вопросы проектирования РМШ, но и технологии ихизготовления.Большой вклад в разработку методов расчета резиновых элементов РМШвнесли Дымников С.И. и Дружинин В.А. [91, 116, 120, 127-134], что позволило имоценить напряженно-деформированное состояние резиновых элементов при сборке и оценить угловую и радиальную жесткость предварительно запрессованныхрезиновых элементов цилиндрического шарнира.36Оценке долговечности и прочности резиновых элементов РМШ гусеничногодвижителя посвящены работы Толчинского Н.А., Дружинина В.А., Гулака А.И.,Стародубцева В.Ф., Целищева В.А., Евсюковой Т.Н., Горбачева А.В., НечаеваК.С.
[94, 99, 115, 117, 119, 140, 141, 156, 274, 356, 371].Теоретическому определению жесткостных характеристик резиновых элементов внутренней амортизации опорного катка гусеничного движителя посвящены работы [172, 328], в которых решение выполнено в нелинейной постановкеметодом конечных элементов с учетом сжимаемости резины.В работе [325] экспериментально определена радиальная жесткость опорного катка с внутренними резиновыми амортизаторами, имеющими предварительное сжатие в осевом направлении.Резинометаллические шарнирные соединения широко применяются в конструкциях подвески транспортных средств. При разработке моделей подвескитранспортных средств необходимо знание интегральных характеристик жесткостии демпфирования резиновых элементов.
Рассмотрению этих вопросов посвященыработы зарубежных авторов [397, 398, 425, 430, 443, 469, 473, 481, 491], в которыхна основе экспериментальных и расчетно-экспериментальных исследованийопределяются и моделируются интегральные характеристики резинометаллических шарниров, используемые при решении задач динамического нагруженияэлементов подвески транспортных средств. Результаты, полученные в указанныхработах, могут быть использованы для оценки точности методов разрабатываемых на основе нелинейной теории упругости и вязкоупругости с численной реализацией методом конечных элементов.В работах [444, 445, 452, 453, 472] на основе соотношений нелинейной теории упругости и вязкоупругости в сочетании с результатами экспериментальныхисследований зарубежными авторами разработаны методы для определения механического поведения резинометаллических шарнирных соединений.
Также данаоценка точности результатов моделирования при использовании различных потенциалов для описания свойств резины.37Свойства резины как конструкционного материала, вопросы описания механического поведения при различных видах нагружения, а также вопросы идентификации математических моделей механического поведения резины рассмотреныв работах зарубежных авторов [394, 411, 432, 460, 477, 480, 483, 490, 506].Изучению свойств силовых резиновых и резинометаллических элементовгусеничного движителя посвящена работа [396], в которой исследованы характеристики жесткости и демпфирования резиновых элементов шарнирного соединения траков гусеничной цепи при различных условиях нагружения. Резиновыеэлементы имели в недеформированном состоянии прямоугольную форму сечения.В результате работы на основе экспериментальных данных для конкретной конструкции РМШ получена эмпирическая модель, описывающаявязкоупругиесвойства элементов шарнира при динамическом нагружении.
Полученная модельпредназначена для описания вязкоупругих связей при моделировании динамикигусеничного движителя. Кроме резиновых элементов РМШ аналогичные исследования проведены по изучению характеристик опорного катка с внешней шиной.При проектировании конструкции гусеничной цепи с резинометаллическими шарнирами необходимо учитывать влияние прочности и жесткости металлической арматуры шарнира на работоспособность шарнирного соединения.
Разработке методов расчета не только самих резиновых элементов, но и всего шарнирного соединения звеньев с учетом деформации арматуры посвящен ряд работ [94,99, 117, 161], где арматура пальца рассматривается как балка, лежащая на упругом основании. Однако приведенные работы не позволяют оценить концентрациюнапряжений в области перехода от металла пальца к ограничителю, что затрудняет выполнять оценку долговечности.В настоящее время для проектирования машиностроительных конструкцийприменяются пакеты прикладных программ автоматизированного проектирования. Широкое распространение при решении задач механики деформируемоготвердого тела получил метод конечных элементов [49, 86, 146, 270, 316, 329, 338,441, 511].
Интенсивные работы за рубежом в области реализации метода конечных элементов применительно к задачам математической физики привели к со-38зданию программных комплексов, предназначенных для решения самых различных задач.Однако это не снижает возможности эффективного применения для решения конкретных задач проблемно-ориентированных комплексов, реализующихсовременные методы механики деформируемого твердого тела и методов нелинейного программирования для поиска оптимальных конструктивных решений.Обширный список публикаций по вопросам оптимального проектированияупругих конструкций за последние годы показывает на разнообразие методов иалгоритмов решения. Развитие быстродействия вычислительной техники позволяет применять методы оптимального проектирования к большому классу задач.При оптимальном проектировании требуется минимизировать или максимизировать некоторую функцию, называемую целевой функцией, которая характеризует какой-то параметр конструкции при определенных ограничениях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
