Нелинейная упругость и усталостные характеристики резинокордных композитов

• Автор: Гамлицкий, Юрий Анатольевич
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 334 с. : 3 ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1 Методы описания напряженно-деформированного
состояния (НДС) и прогнозирования поведения в эксплуатации резин, резинокордных композитов (РКК) и шин
1.1 Введение
1.2 Упругие потенциалы резины
1.3 Напряжения и деформации резинокордных слоев
1.4 Расчетные и экспериментальные методы и прогнозирование
работоспособности. Основные принципы
1.5 Заключение. Цель работы
2 Упругие потенциалы резины и моделирование сложного
однородного НДС в лабораторных условиях
2.1 Упругий потенциал несжимаемого тела для случая изотропности
в деформированном состоянии
2.2 Новый подход к построению упругого потенциала наполненной
резины
2.3 Сложное НДС как суперпозиция чистого и простого сдвигов.
Главные деформации
2.4 Частный случай простого сдвига
2.5 О возможности построения упругого потенциала по результатам
одноосного растяжения-сжатия
2.6 Экспериментально-расчетный метод определения плотности
энергии деформации в зависимости от инвариантов тензора деформации
2.7 Свойства резин в сложном НДС
2.8 Задача Ламе для больших деформаций резины
3 Моделирование реальных условий нагружения
резинокордных композитов

3.1 Введение (Напряжения и деформации в каркасе и брекере)
3.2 Резинокордные однослойные образцы с «косой» нитью (ОКН).
Критерии однородности деформации резины между нитями корда
3.3 Расчет НДС резинокордного слоя. Сравнение с экспериментом
3.4 Соотношения для связи НДС каркаса и брекера с НДС ОКН
3.5 Различия в механике поведения ОКН с металлическим и
текстильным кордами. Расчет НДС ОКН с текстильным кордом
4 Механические свойства ОКН и показатели
работоспособности брекера и каркаса шин
4.1 Объекты и методы испытаний
4.2 Результаты прочностных испытаний (растяжение с постоянной
скоростью до разделения на части)
4.3 Результаты усталостных испытаний
4.4 Характер разрушения ОКН. Различие законов снижения
усталостной прочности границы «корд-резина» и резины между нитями корда
4.5 Коммутативность усталостной выносливости
5 Концепция прогнозирования работоспособности шин на
стадии их проектирования
5.1 Общие замечания
5.2 Целевое назначение лабораторных испытаний
5.3 Концептуальные вопросы технологического обеспечения качества
5.4 Схема организации исследований при разработке нового изделия
5.5 Прогнозирование работоспособности резинокордных деталей шин
с учетом условий реальной эксплуатации
5.6 Дальнейшие задачи
Заключение
Основные выводы
Список публикаций автора по теме диссертации
Список цитируемой литературы
ПРИЛОЖЕНИЕ. К описанию эффекта Вайссенберга

ВВЕДЕНИЕ
Пневматическая шина представляет собой наиболее массовое и наиболее резиноемкое изделие из всего перечня резинотехнических изделий. В то же время шина - весьма сложная конструкция с точки зрения механики ее нагружения и разрушения. Сложность заключается в том, что резина, в частности, и резинокордный композит (РКК), в целом, подвергаются в процессе эксплуатации большим деформациям, проявляя существенную нелинейность всех механических свойств и релаксационный (вязкоупругий) характер поведения. Являясь анизотропным материалом, РКК работает в условиях сложного напряженно-деформированного состояния (НДС) при негармонических циклических воздействиях со стороны дороги и автомобиля.
Перечисленные обстоятельства значительно осложняют возможности применения расчетно-аналитических методов в задачах прогнозирования эксплуатационных характеристик шин. Существующие компьютерные методы используют, как правило, линейный закон для описания свойств резины, что вносит существенные погрешности в результаты расчетов НДС.
Оценку долговечности разрабатываемой шины чаще всего производят по величине статического запаса прочности ее резинокордных деталей (здесь и далее не затрагиваются проблемы износа протектора, представляющие собой существенно иную задачу). Такой подход дает определенную информацию о поведении шины в эксплуатации, однако нет уверенности в том, что закономерности, полученные при решении статической задачи, дадут высокую достоверность прогноза в условиях усталостного нагружения. Более того, имеется значительное число экспериментальных данных, из которых следует низкая корреляция между результатами статических и усталостных испытаний.

двухслойных резинокордных образцов. Однако, как и в работе [75], расчетные уравнения базируются на линейности законов деформирования. Нити корда приняты нерастяжимыми и имеющими прямоугольное сечение. Работа имеет скорее прикладной характер, так как авторы предполагали использовать результаты при конструировании сборочных станков для шинного производства.
Вопросу построения матрицы упругости резинокордных слоев посвящена работа [97]. На основе модели ортотропного слоистого композита рассчитаны модули в разных направлениях. Свойства резины и корда приняты линейными. Задача решена для зоны борта, в которой многослойная резинокордная оболочка обжата фланцами. Полное решение задачи удалось получить только численно.
В работе [98] предложен способ экспериментального определения элементов матрицы жесткости ортотропного резинокордного композита, представляющего собой несколько резинокордных слоев, причем нити корда расположены в двух направлениях. Образцы для испытаний представляют собой вырезанные из данного РКК в определенных направлениях «кубики». Эксперимент состоит в испытаниях образцов на растяжение, сжатие, простой сдвиг. Материал корда и резины считается физически линейным, т.к. в процессе испытаний определяются константы жесткости, не зависящие от величины деформации. Это обстоятельство ставит под сомнение предполагаемый выигрыш в точности при применении данной методики.
Аналитический расчет упругого деформирования двухслойного резинокордного композита представлен в работе [99]. Рассматриваемый образец представлен в виде пяти слоев: двух резинокордных и трех резиновых. Частота нитей корда в явном виде не учитывается, проявляясь в анизотропии однородного слоя и его модулях. Постулируется, что сдвиговые напряжения между слоями действуют строго вдоль оси растяжения образца. Из решения уравнений равновесия для геометрически линейного случая (угол ориентации нитей корда не меняется) и нелинейного (угол меняется)