Введение к работе
Актуальность работы. Резинокордные оболочки нашли широкое применение в конструкциях автомобильных шин, пневматических амортизаторов, рукавов, баллонов давления и других изделиях.
Наиболее часто используемой конструктивной моделью является сетчатая оболочка с т.н. «шинной» геометрией, разработанная В.Л. Бидерманом и Б.Л. Бухиным, с углом закроя нитей 54,5 - равновесным углом. Преимуществом таких оболочек являются минимальное значение распорных усилий и сохранение формы оболочки под действием внутреннего давления.
В случае отклонения угла закроя от равновесного под действием внутреннего давления в резинокордной оболочке возникает распорное усилие, достигающее значительных значений, и изменение линейных размеров резинокордной оболочки.
В настоящей работе проводится анализ напряженно-деформированного состояния и динамики цилиндрических резинокордных оболочек с углом закроя, меньшим равновесного угла с целью использования в качестве силового элемента перспективных систем амортизации и виброизоляции. Использование рукавных резинокордных оболочек в качестве силовых элементов позволит создать перспективные системы амортизации и виброизоляции, обладающие рядом конструктивных преимуществ: компактность и простота конструкции, большие запасы по рабочему ходу, высокая грузоподъёмность и высокие виброизолирующие свойства, а также линейных пневматических приводов. В связи с этим тема диссертации является актуальной.
Цель диссертационной работы: заключается в разработке методики проектирования рукавных амортизаторов растяжения (РАР) на основе резинокордных оболочек (РКО) с целью виброизоляции агрегатов машин.
Задачи диссертационной работы:
разработать упрощенную статическую математическую модель расчета напряженно-деформированного состояния рукавного амортизатора растяжения для оценки эксплуатационных параметров РАР;
разработать статическую математическую модель рукавного амортизатора растяжения с учетом растяжимости корда и резины с целью уточнения конструктивных параметров РКО в составе РАР;
разработать динамическую математическую модель резинокордной оболочки по теории сетчатых оболочек вращения с учётом растяжимости нитей корда и резины;
провести экспериментальные исследования статических и динамических параметров РКО в составе РАР с целью верификации полученных математических моделей;
разработать инженерную методику расчёта основных динамических параметров РКО в составе РАР и сформулировать практические рекомендации по выбору конструктивных параметров резинокордной оболочки.
Объектом исследования является резинокордная оболочка рукавного типа в составе рукавного амортизатора растяжения.
Предметом исследования геометрические и силовые характеристики пневматической резинокордной оболочки как силового элемента рукавного амортизатора растяжения.
Методы исследования. В работе использованы методы:
математическое моделирование с использованием положений и допущений теории резинокордных оболочек;
численное интегрирование систем нелинейных дифференциальных уравнений;
современные подходы экспериментальной механики к проведению и обработке результатов испытаний.
Численные алгоритмы решения системы нелинейных уравнений и обработка результатов испытаний реализованы в среде MathWorks MATLAB.
Научная новизна:
Разработана статическая математическая модель РКО в составе РАР в осевом направлении по теории сетчатых оболочек вращения с учётом растяжимости нитей корда и деформации резины;
Разработана динамическая математическая модель РКО в составе РАР в осевом направлении по теории сетчатых оболочек вращения с учётом растяжимости нитей корда и деформации резины.
Предложена и внедрена инженерная методика расчёта основных конструктивных РКО как несущего элемента РАР.
Достоверность полученных результатов обеспечивается строгим и обоснованным применением методов и общепринятых допущений теории резинокордных оболочек, адекватным использованием прикладного программного обеспечения, аналитических и численных методов анализа; подтверждается качественным и количественным согласованием результатов теоретических исследований с экспериментальными данными.
Практическая значимость работы заключается во внедрении результатов исследований на ФГУП «ФНПЦ «Прогресс» при опытно-конструкторской разработке и совершенствовании выпускаемых РКО.
Апробация работы. Основные положения представлены на заседании научно-технического совета ФГУП «ФНПЦ «Прогресс» (12.04.2018); на международной конференции "Динамика систем, механизмов и машин", ОмГТУ, 2014 г.; на XXIV всероссийской конференции "Численные методы решения задач теории упругости и пластичности", г. Омск, 04.06.2015; на V Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Защита от повышенного шума и вибрации» Санкт-Петербург, 18-20 марта 2015 г.; на 6-ой международной научно-технической конференции "Техника и технология нефтехимического и нефтегазового дела", г. Омск, 25-30.04.2016.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, из них 3 в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых изданий, рекомендованных ВАК для публикации материалов диссертационных работ, 3 патента на изобретения.
Личный вклад автора. Постановка задач исследования (совместно с научным руководителем), разработка статической и динамической математической модели, методика проведения экспериментальных исследований, проведение численных расчётов и экспериментальных исследований, обработка и анализ результатов.
Положения, выносимые на защиту:
-
Аналитические зависимости, описывающие напряженно-деформированное состояние РКО в составе РАР;
-
Статическая математическая модель РКО в составе РАР с учетом растяжимости нитей корда и резины;
-
Динамическая математическая модель РКО в составе РАР в осевом направлении;
-
Методика расчета динамических процессов РКО в составе РАР;
-
Инженерная методика выбора конструктивных параметров РКО в составе РАР.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, списка литературы. Общий объем работы 169 страниц, включая 49 рисунков и 10 таблиц. Список литературы содержит 123 наименования.