Разработка и применение метода определения деформационных и прочностных характеристик низа обуви с использованием метода конечных элементов

• Автор: Глазунова, Наталья Андреевна
• Шифр специальности: 05.19.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 145 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОСТИ НИЗА ОБУВИ ПРИ НОСКЕ

1.1 Внешние механические воздействия на детали низа обуви

при носке
1.2 Применение теории изгиба к анализу напряженнодеформированного состояния деталей низа обуви

1.3 Использование информационных технологий при проектировании низа обуви

1.3.1 Применение метода конечных элементов в исследованиях и прочностных расчетах деталей обуви

1.4 Влияние конструктивных особенностей низа обуви на его прочностные свойства

1.5 Исследование усталостных свойств материалов и конструкций низа обуви

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОБУВНЫХ ПОДОШВ

2.1 Установка для усталостных испытаний
2.1.1 Описание устройства установки для усталостных
испытаний
2.1.2 Устройство для усталостных испытаний образцов
резиноподобных материалов
2.1.3 Устройство для усталостных испытаний подошв
2.2 Механические свойства термоэластопласта и изготовленной
из него подошвы
2.2.1 Свойства материала подошвы при растяжении
2.2.2 Усталостные свойства материала подошвы обуви
при изгибе
2.2.2.1 Статистическая обработка полученных данных
2.2.3 Результаты усталостных испытаний подошвы обуви при изгибе
3 АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО
СОСТОЯНИЯ ДЕТАЛЕЙ И КОНСТРУКЦИЙ НИЗА ОБУВИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
3.1 Применение метода конечных элементов при анализе конструкций низа обуви
3.2 Применение модели МуниРивлина при описании гиперупру
гого поведения материала
3.3 Метод иерархического моделирования
3.4 Моделирование поведения деталей и конструкций обуви
3.4.1 Моделирование изгиба образца термоэластопласта
3.4.1.1 Создание геометрической модели образца
термоэластопласта
3.4.1.2 Создание конечноэлементной модели образца термоэластопласта
3.4.1.3 Численный анализ изгиба образца термоэластопласта
3.4.2 Исследование влияния геометрических параметров подошвы на ее напряженное состояние
3.4.2.1 Создание геометрической модели обуви
3.4.2.2 Создание конечноэлементной модели обуви
3.4.2.3 Численный анализ влияния геометрических
параметров подошвы на ее напряженноедеформированное состояние
3.4.2.4 Имитационное моделирование
3.4.3 Конечноэлементный анализ поведения конструкции
низа обуви при изгибе
3.4.3.1 Создание геометрической модели конструкции низа обуви
3.4.3.2 Создание конечноэлементной модели конструкции низа обуви
3.4.3.3 Численный анализ изгиба конструкции низа
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ВВЕДЕНИЕ
Конкурентоспособность изделия основная задача любого обувного предприятия. На конкурентоспособность значительное влияние оказывает качество выпускаемой продукции. Видную роль в создании теоретических основ проектирования качественной и рациональной обуви играют работы
российских ученых Ю. П. Зыбина, К. М. Зурабяна, В. А. Фукина, В. Е. Гор
бачика, С. П. Александрова, П. С. Карабанова и других.
Качество обуви определяется многими факторами и одним из важнейших показателей является ее долговечность. Для деталей низа обуви такой показатель, как долговечность имеет первостепенное значение в связи с циклическим характером процессов деформирования при носке.
Одним из часто встречающихся дефектов подошв обуви, возникающих во время эксплуатации, является излом подошвы. Трещина обычно образуется в пучках, то есть на участке, в котором подошва испытывает максимальные напряжения и деформации. От конструкции низа обуви зависят условия работы подошвы в местах, подвергающихся многократному изгибу. Наличие на ходовой стороне рифления вызывает концентрацию напряжений и способствует излому подошвы. Изменяя конструкцию подошвы обуви, можно создавать необходимый запас прочности.
емаловажную роль в оценке качества низа обуви играют деформационные и прочностные свойства материалов и конструкции в целом. Анализ этих показателей дает возможность производителю еще на стадии проектирования оценить износостойкость изделия и прогнозировать время его эксплуатации.
До настоящего времени проектирование подошв обуви проводилось опытноэкспериментальным путем. Конструктивные решения основывались в большей степени на интуиции и накопленном опыте. В связи с широким распространением информационных технологий, повышением требований к надежности и экономичности изделий, перед проектировщиками и конструк
торами ставится задача значительного ускорения проектирования и улучшения его качества. С возрастанием сложности и динамичности современного производства должны сокращаться сроки разработки и внедрения новейших инженерных решений. Это становится возможным при использовании современных технологий компьютерного проектирования.
В то же время быстрое развитие вычислительной техники и ее внедрение практически во все сферы жизни привело к тому, что сегодня качественное проектирование любых изделий невозможно без использования систем автоматического инженерного анализа i ii. Наиболее распространенные системы основаны на использовании метода конечных элементов МКЭ. системы позволяют не только выполнить качественное моделирование систем различной физической природы, но и исследовать их отклик на различные внешние воздействия. Использование таких программ помогает проектным организациям сократить цикл разработки, снизить стоимость изделий и повысить качество продукции. Поэтому возникает задача обоснования новых подходов к проектированию подошв обуви, основанных на использовании современных методов имитационного моделирования и численных методах расчета. Оценка напряженнодеформированного состояния системы низа обуви позволяет подробно изучить механическое поведение деталей обуви, определить влияние конструкции подошв на их стойкость к циклическим нагрузкам.
Актуальность


Процесс эксплуатации обуви сопровождается сложным комплексом повторных механических воздействий на ее детали. Длительность эксплуатации обуви зависит от многих внешних факторов времени года, температурных перепадов, конструкции обуви, условий хранения и т. Конструкция обуви представляет собой сочетание многих элементов, соединенных между собой. Одним из ответственных элементов, влияющих на длительность эксплуатации, является низ обуви подошва. Долговечность подошвы зависит как от внешних факторов, так и от физических и механических свойств материала подошвы. При ходьбе подошва обуви подвергается многократному изгибу, а наличие рифления на ходовой поверхности низа обуви вызывает концентрацию напряжений. Опыт эксплуатации обуви показывает, что это приводит к появлению трещин, их росту и преждевременному разрушению подошвы. В этом случае разрушение происходит от усталости материала низа обуви в максимально нагруженной зоне изгибаемой конструкции. Повышение требований к качеству обуви и подошвы в частности, автоматизация производства, а также значительное расширение ассортимента применяемых материалов обуславливают необходимость разработки приборов и методов оценки важнейших свойств изделий, а также повышение требований к ним . Необходима разработка методов объективной оценки свойств готовой обуви, а также получение в лабораторных условиях показателей, согласующихся с технологическими и эксплуатационными свойствами материалов. Сложность воздействий, которым подвергается обувь и ее детали в период носки затрудняет воспроизведение всего комплекса воздействий в лабораторных условиях. Вместе с тем, исследования, выполненные в об
ласти изучения деформации деталей обуви и особенностей их износа, свидетельствуют о том, что воспроизведение всех воздействий при носке обуви не является необходимым, поскольку износ обувных материалов это результат влияния главным образом одного или нескольких факторов носки. По мнению Е. Исследование износа деталей обуви, изготовленных с применением новых материалов и их сочетаний, с целью обоснования технических требований к материалам и разработки методов лабораторных испытаний, позволяющих определять эксплуатационные и технологические свойства материалов. Немаловажную роль в оценке качества обуви играют деформационные и прочностные свойства деталей обуви и конструкции в целом. Анализ этих показателей дает возможность производителю еще на стадии проектирования оценить износостойкость изделия и спрогнозировать время его эксплуатации. К. М. Платунов и И. X. Бахтиаров одними из первых в нашей стране исследовали процесс ходьбы человека. Одной из задач их исследований было выяснение сущности механических процессов, определяющих работу подошвы и набойки с точки зрения их износа. Методом киносъемки авторы установили механизм процесса ходьбы человека в обуви. Согласно полученным данным подошва в процессе носки подвергается трению качения и скольжения по опоре, многократному сжатию, изгибу и сдвигу при высокой частоте нагружения циклов в минуту. В процессе ходьбы и бега с момента подъема каблука до отрыва носка обуви наблюдается трение качения. Однако для эластичных материалов при ходьбе по поверхности с низким коэффициентом трения лед, паркет, линолеум преобладает трение скольжения. Наибольшие деформации трущихся частей подошвы наблюдаются в пучках, следующее по уровню деформаций место носочная часть. Меньше всего нагружена середина опорного участка. Поведение деталей обуви при носке подробно описано в работе . Автор отмечает, что в процессе эксплуатации детали обуви испытывают воздействия как от стопы носчика, так и от внешних атмосферных, механических и прочих факторов. Конструкция обуви и выбор материалов для ее изготовления в значительной степени зависят от строения и условий работы стопы. В ходе носки обуви стопа, особенно ее передний отдел, изгибается, давит на обувь. Во время ходьбы и бега изгибание стопы человека вызывает изгибание обуви в плюснефаланговом сочленении. Во время ходьбы подошва удлиняется до радиус кривизны см. За год носки число изгибов обуви составляет 3 млн.