Введение к работе
Актуальность проблемы. Пневматические шины являются важным (лементом широко распространенных транспортных средств: легковых и рузовьгх автомобіией, автобусов, авиационной техники, сельскохозяйст-ієнньгх, строительных, дорожных, подъемно-транспортных машин, тракто-юв, мотоциклов и др. Одновременно находятся в эксплуатации более 4 .«год шин, а мировой выпуск шин превышает 800 млн. в год. От надежной >аботы шин в значительной степени зависит надежность и безопасность ранспортных средств, их комфортабельность.
Шина представляет собой сложную композитную конструкцию, со-ітоящую из резиновых элементов разной жесткости и армирующих элементов из материала другой природы (металлокорд, текстильный корд и ф.). Под действием нагрузки во внутренних зонах шины нередко появляется дефекты в виде отслоения деталей. Развиваясь в процессе эксплуата-щи, они приводят к разрушению шин, преждевременному их снятию или к іеремонтопригодному состоянию. Поэтому повышение прочности и долго-(ечности шин представляет собой актуальную народнохозяйственную за-іачу. Решение её путем усталостных испытаний образцов шин требует зна-штельных затрат времени и средств.
Оптимальное решение этой задачи предполагает, в частности, зна-ше концентрации и распределения напряжений во внутренних зонах ши-гы. Известные методы экспериментального изучения напряженно-сформированного состояния шин такую возможность не предоставляют, вровень развития расчетных методов пока также не достаточен, нужна експериментальная проверка результатов.
Таким образом, разработка метода экспериментального изучения на-фяженно-деформированного состояния внутри массива шины актуальна.
Цели и задачи работы. Целью работы является разработка нового кспериментального метода определения напряжений во внутренних зонах итурных шин с применением " замораживаемых" вклеек из фотоупругого \J гатериала холодного отверждения / Авт. св. N 1029004, 1983 г. /. В натур-гой шине образуют полости, в которые заливают композицию материала :олодного отверждения. В процессе полимеризации жесткость материала клейки увеличивается. Шину с вклейкой нагружают статическими нагруз-ами в момент, когда жесткость материала вклейки становится равной же-ткости окружающей резины, и выдерживают под нагрузкой до завершения шимеризации материала вклейки. После завершения полимеризации ши-у разгружают, извлекают вклейку, просвечивают вклейку поляризован-v мм светом и по зафиксированной картине полос интерференции опреде-яют напряжения.
В процессе работы решались следующие задачи:
Теоретическое обоснование метода на основе анализа вязкоупругости полимеров в процессе полимеризации;
Разработка фогоупругих материалов холодного отверждения для вклеек и изучение их оптико-механических свойств;
Разработка способа тарировки материала вклеек для моделирования жесткости исследуемой резиновой детали;
Разработка технологии изготовления вклеек и испытания шин с вклейками, методики проведения измерений и обработки результатов;
- Анализ с применением разработанного метода напряженно-
деформированного состояния легковых и грузовых шин разной конструк
ции и разработка рекомендаций по оптимизации конструкции.
Методы исследования. При решении поставленных в работе задач использовались теоретические методы и экспериментальные: поляризацион-^ ночиггаческий и элекгротензометрии, стендовые методы испытаний шин.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1.Разработан и обоснован новый метод экспериментального исследования полей напряжений в массиве объемных резиновых элементов шин, основаїшьш на аналогии решения задач упругости и вязкоупругости для полимеров в процессе полимеризации. Модельные шины изготавливают с вклейками из эпоксидного фотоупругого материала холодного отверждения, причем нагружение моделей производят в тот момент, когда изменяющиеся в процессе полимеризации упругие свойства вклеек совпадают со свойствами резины. Возникшие в этот момент деформации и оптическая анизотропия замораживаются в процессе полимеризации под нагрузкой. После завершения полимеризации они измеряются способами, принятыми в трехмерной фотоупругости.
2.Разработаны фотоупругие материалы для изготовления вклеек и исследованы их оптико-механические свойства приразной степени полимеризации.
3.Получены новые экспериментальные данные о распределении и концентрации напряжений в зонах возможных разрушений шин в условиях объемного напряженно-деформированного состояния.
Практическая ценность работы. Метод позволяет исследовать натурные шины сложной конструкции и выявить зоны концентрации касательных напряжений, которые, как правило, являются причиной разрушений шин, определить начальную и циклическую составляющие в местах наблюдаемых разрушений, на границе корд-резина. Информация о распределении и концентрации касательных напряжений в деталях, их величине представляется в наглядной форме в виде картины полос—линий одинаковых напряжений с фиксацией геометрии детали и её места в шине. По густоте расположения линий и величине наибольших порядков полос интер-
>еренции во вклейках судят о наличии зон концентрации и величине наряжений.
Разработаны удобные для практического использования технологии из-отовления модельных шин с вклейками и их испытаний, методика измерений, бработки и представления результатов, создана экспериментальная оснастка.
Развиты также методы определения деформаций в шинах с помощью езинопроволочных датчиков и кривизномеров.
Разработанные методы составляют систему методов с возможностью онтроля получаемой информации и позволяют:
1.Сократить сроки н затраты на разработку шины в связи с возмож-остью выявлять зоны концентрации напряжений и контролировать уро-ень напряжений в них при оптимизации конструкции шины:
на стадии проектирования при проверке новых решений на сущест-ующих образцах шин;
на стадии доводки новой конструкции шины путём испытаний не-кольких вариантов с изменёнными геометрическими и жесткостными ха-актеристиками отдельных её элементов;
2.Расширигь возможности экшериментальньгх методов при анализе прн-ин разрушений шин, создании расчетных моделей, методов стендовых испьгга-ийидр;
З.Оценигь адекватность методов расчета напряженно-деформированного остояния в зонах концентрации напряжений.
Результаты исследований используются в ГУП "НИИІ.ГПТ в виде мето-ик иошпаний, рекомендаций по проектированию при разработке докуменга-динашиныидр. Ошіреалюованьї в конструкціях шин 11/7(Ж22,5мод. Д-1М, 2.00R20 мод. КИ-113, 1350х550-533Р мод. ИД-370, 16,5/75R18 мод. ИК-349, 65/70Р13,185/60Р14 и других, освоенных наряде шинных заводов
Апробация работы. Основные результаты доложены на семинаре "Ин-ерференционно-оптические методы механики твердого деформируемого ела и механики горных пород" (17-19 сентября 1985г.,г. Новосибирск), на ретьем (1991г.), шестом (1995г.) и седьмом (1996г.) симпозиумах "Пробле-гы шин и резинокордных композитов. Математические методы в механике, онструїфовании и технологии", проводимых НИИ шинной промышленно-ги (г.Москва) и научным центром "Эластомеры" и опубликованы в тезисах окладов этих симпозиумов.
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в двенадцати ечатных работах. Получено в соавторстве три авторских свидетельства и па-гнт.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четы-ех глав, основных результатов работы и выводов, списка литературы. Общи объем работы составляет 130стр., в том числе машинописного текста 8 стр., 60 рисунков, 2 таблицы, 92 наименования в списке литературы.
