Применение метода конечных объемов к расчету пневматических шин

• Автор: Поляков, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 133 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ШИНЫ - ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ
НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ
1Л. Основные требования к характеристикам пневматических шин
1.2. Состояние вопроса по методам расчета пневматических шин
1.3. Постановка задачи исследования
Выводы
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ РАСЧЕТА НАПРЯЖЕННО - ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ШИН
2.1. Постановка задачи
2.2. Вывод основных соотношений метода конечных объемов
2.3. Реологические соотношения для расчетной модели
Выводы
ГЛАВА 3. АЛГОРИТМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННО-
ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ШИН
Выводы
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ НАПРЯЖЕННО-
ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ШИН
4.1. Расчет напряженно-деформированного состояния тороидальной оболочки
4.2. Расчет радиальной шины
4.3. Расчет радиальной шины 175/70ШЗ модели
4.4. Расчет бортовой зоны

4.5. Расчет обжатия диагональной шины
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Состояние и актуальность темы. Пневматические шины являются ответственными элементами автомобилей. Шина на автомобиле во многом определяет его надежность, безопасность, экономичность и комфортабельность. Ужесточающиеся экологические требования приводят к непрерывному совершенствованию автомобилей и повышают требования к шинам. Современная шина должна иметь высокий ресурс, обладать хорошими тягово-сцепными свойствами, обеспечивать устойчивость и управляемость автомобиля, иметь низкое сопротивление качению для повышения экономичности и обладать низким уровнем шума.
В зависимости от расположения нитей корда в каркасе различают диагональные и радиальные шины. Наиболее сбалансированное сочетание потребительских свойств реализовано в шинах с меридиональным расположением нитей корда в каркасе [1, 2]. Такие шины получили название радиальных шин или шин типа Р. В наиболее развитых странах от всех производимых шин доля радиальных шин составляет от 75% до 98% [3]. В нашей стране существует устойчивая тенденция по росту объема выпуска радиальных шин, как для легковых, так и для грузовых автомобилей. Важность увеличения доли радиальных шин от общего количества выпускаемых шин заключается в заметной экономии топлива при переходе на радиальные шины. Так, по данным [3], экономия топлива и снижение выбросов в окружающую среду составляет 8% для грузовых и 18% для легковых шин при применении радиальных шин.
Несмотря на то, что в радиальных шинах существует принципиально лучшая возможность сбалансированного сочетания требуемых свойств, достижение этого баланса при проектировании является сложной задачей. В то же время продолжается проектирование шин диагональной конструкции, в основном для летательных аппаратов и грузовых автомобилей.
Существует еще один аспект, связанный с экспериментальными исследованиями. Он связан с необходимостью изучения реальной конструкции с учетом начальных несовершенств. В силу стохастического характера начальных несовершенств, вызванного как многообразием разброса геометрических и механических параметров материала, из которого изготавливают шину, так и возможными отклонениями в технологии при изготовлении, маловероятно экспериментальное изучение влияния этих факторов на напряженно-деформированное состояние конструкций при реальных условиях нагружения.
В настоящее время экспериментальное изучение структурных изменений в шине, происходящих в процессе эксплуатации, затруднено.
Известно [66, 67], что активное образование микротрещин в
конструкциях из композитных материалов наступает задолго до достижения предельных нагрузок. Экспериментальный анализ разрушения, вызванного процессами трещинообразования, в настоящее время проводится только на образцах.
В последние годы интенсивно развивается другой подход -вычислительный эксперимент [68]. Численное моделирование активно применяется при проектировании авиационной и ракетной техники. Использование ЭВМ для определения аэродинамических характеристик летательных аппаратов, по данным зарубежных источников [69], позволяет существенно сократить объем летных испытаний.
Использование методов численного моделирования позволяет резко сократить сроки научных и конструкторских разработок. А в ряде случаев, когда проведение реальных экспериментов трудно осуществить, численный эксперимент является единственным инструментом исследования. Как пишет
О.М. Белоцерковский, “в ближайшем будущем не столько мощности ЭВМ, сколько разработка рациональных моделей будет определять эффективность