Размещено на http://www.allbest.ru/

Придніпровська державна академія будівництва та архітектури

УДК 539.3:624.074.43:001.57

Деформування гнучких гумовокордних оболонок обертання

Спеціальність 05.23.17-Будівельна механіка

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Волчок Денис Леонідович

Дніпропетровськ-2005



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі будівельної механіки та опору матеріалів Придніпровської державної академії будівництва та архітектури (ПДАБтаА), Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Кваша Едуард Миколайович, Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, професор кафедри будівельної механіки та опору матеріалів.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Бараненко Валерій Олексійович, Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, завідувач кафедри нарисної геометрії;

кандидат технічних наук, професор Ольшанський Василь Павлович, Академія цивільного захисту України м. Харків, професор кафедри прикладної механіки.

Провідна установа: Одеська державна академія будівництва та архітектури (кафедра будівельної механіки) Міністерство освіти і науки України (м.Одеса).

Захист відбудеться “8” грудня 2005 р. о 13.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.085.02 при Придніпровській державній академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а.

Автореферат розісланий 5 листопада 2005р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Сєдін В.Л.



АНОТАЦІЯ

Волчка Д.Л. Деформування гнучких гумовокордних оболонок обертання. - Рукопис. оболонка обертання гумовокордний деформований

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.17 - будівельна механіка. - Придніпровська державна академія будівництва та архітектури (ПДАБтаА), Дніпропетровськ, 2005 р.

У роботі розглядаються питання, пов'язані з розрахунком деформованого стану шаруватих гумовокордних оболонок обертання. Однією з достовірних моделей по розрахунку оболонок, у яких переміщення можуть досягати розмірів поперечного перерізу, є модель, у якій меридіональний напрямок моделюється нерозтяжними скінченними елементами, а окружний напрямок оболонки моделюється сітковою областю. Робота розвиває цей напрямок. Тому, базуючись на існуючих наробітках, запропонована нова математична модель з використанням багатошарового скінченного елемента. Аналізуючи існуючий алгоритм варіювання лінійних нерозтяжних скінченних елементів були виявлені причини його нестійкості. Був запропонований новий блочний метод варіювання, що дозволив уникати проблем зациклення виникаючих у випадку розташування скінченних елементів в одну лінію.

У третьому розділі дисертації проведено тестування нової математичної моделі на гумовокордній оболонці амортизатора ПО „ЮМЗ”. По навантажувальній характеристиці видно, що результати добре погоджуються з експериментом. Важливою особливістю моделі є можливість її використання на оболонках довільного профілю.

Найбільший інтерес представляють результати розрахунку великогабаритних гумовокордних оболонок пневматичних шин. Аналізуючи напруженно-деформований стан оболонки 33.00-51 діагональної конструкції були виявлені її недоліки, найголовніший з яких занадто низький ресурс по стінці. Модель дозволила запропонувати нову конструкцію оперезаної діагональної оболонки, у якій ці недоліки були усунені.

Математична модель дозволила підібрати необхідні кути нахилу ниток корду в брекері перспективної оболонки 33.00R51 радіальної конструкції.

Важливою особливістю математичної моделі є можливість побудови температурних режимів експлуатації гумовокордних оболонок. Такі режими було побудовано для оболонок 33.00-51 і 33.00R51. Для цих оболонок також були побудовані температурні поля. Результати розрахунків добре корегуються з експериментальними данними.

У четвертому розділі розглядаються актуальні питання механіки відновлених оболонок понадвеликогабаритних пневматичних шин. Ґрунтуючись на розрахунках зроблених за допомогою нової математичної моделі, запропоновано оптимально розподілити кути нахилу корду у відновлених шарах, тим самим домогтися підвищення ресурсу оболонки. Ключові слова: Гумовокордні оболонки обертання, нелінійні деформації, багатошарові скінченні елементи, функціонал повної енергії, метод локальних варіацій, комбінована скінченноелементна сіткова система, блочний метод варіювання.



АННОТАЦИЯ

Волчок Д.Л. Деформирование гибких резинокордных оболочек вращения. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.17 - Строительная механика. - Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры (ПГАСиА), Днепропетровск, 2005 г.

В работе рассматриваются вопросы, связанные с расчётом деформированного состояния слоистых резинокордных оболочек вращения. Одной из достоверных моделей по расчёту оболочек, в которых перемещения могут достигать размеров поперечного сечения, является модель, в которой меридиональное направления моделируется нерастяжимыми конечными элементами, а окружное направление оболочка моделируется сеточной областью. Работа развивает это направление. Поэтому, базируясь на существующих наработках, предложена новая математическая модель с использованием многослойного конечного элемента. Анализируя существующий алгоритм варьирования линейных нерастяжимых конечных элементов, были выявлены причины его неустойчивости. Был предложен новый блочный метод варьирования, позволивший избегать проблем зацикливания, возникающих в случае выстраивания конечных элементов в одну линию.

В третьем разделе диссертации проведено тестирование новой математической модели на резинокордной оболочке амортизатора ПО “ЮМЗ”. По нагрузочной характеристике видно, что результаты хорошо согласуются с экспериментом. Важной особенностью модели является возможность её использования на оболочках произвольного профиля.

Наибольший интерес представляют результаты расчёта крупногабаритных резинокордных оболочек пневматических шин. Анализируя напряженно-деформированное состояние оболочки 33.00-51 диагональной конструкции были выявлены её недостатки, самый главный из которых слишком низкий ресурс по стенке. Модель позволила предложить новую конструкции опоясанной диагональной оболочки, в которой эти недостатки были устранены.

Математическая модель позволила подобрать необходимые углы наклона нитей корда в брекере перспективной оболочки 33.00R51 радиальной конструкции.

Важной особенностью модели является возможность построения температурных режимов эксплуатации резинокордных оболочек. Такие режимы были построены для оболочек 33.00-51 и 33.00R51. Для этих оболочек также были построены температурные поля. Результаты совпали с экспериментальными данными.

В четвертом разделе рассматриваются актуальные вопросы механики восстановления оболочек сверхкрупногабаритных пневматических шин. Основываясь на расчётах, произведённых с помощью новой математической модели, предложено оптимально распределить углы наклона корда в восстановленных слоях, тем самым, добиться повышения ресурса оболочки.

Ключевые слова: Резинокордные оболочки вращения, нелинейные деформации, многослойные конечные элементы, функционал полной энергии, метод локальных вариаций, комбинированная конечноэлементно сеточная система, блочный метод варьирования.



THE SUMMARY

Volchok D.L. The stresses and deformations of flexible cord-rubber shell of revolution. - Manuscript.

Thesis for the degree of Ph. D. by speciality 05.23.17 - Structural mechanics. - Prydneprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture, Dnipropetrovsk, 2005.

The work is devoted to the calculation of stress-strain state of laminated cord-rubber revolution shell. One of reliable models of calculation of shell where the displacements can achieve the sizes of cross section, is the model with a finite elements and method of finite differences. The work is devoted to approach new mathematical model with many layers of finite elements is offered. The new block algorithm of variations solves the problem of cycling when part of element is presented as straight line.

Third chapter is devoted to the testing of new mathematical model on particular find of revolution shell: the cylindrical shock-absorber. The experimental and theoretical data almost coincide.

The most important part of work deals with solution of problem resource increase of revolution shell such as large-sized tire 33.00-51.

On the base of new programs the new design of tire 33.00-51 was offered. The radial tire 33.00R51 is improved. The temperature modes for shell 33.00-51 and 33.00R51 are constructed. The experimental and theoretical data almost coincide.

Fourth chapter deals with some problem of restoration of tire 33.00-51. Some innovations to this process are brought in.

Keywords: rubber - cord of revolution shells, non - linear deformations, the laminated finite elements, full energy functional, local variations method, combined system with grid and finite elements, block method of variation.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Розрахунки на міцність гумовокордних оболонок обертання пневматичних шин почали проводитися ще на початку 20-го століття. Основою для цих розрахунків став досвід і перші математичні моделі, які використовувались на той час у теорії розрахунків дирижаблів.

Конструкції гумовокордних оболонок поступово ускладнювалися. Це спричинило розвиток математичного моделювання, яке б дозволяло визначати напружено-деформований стан оболонок різних конструкцій. У зв'язку з цим з'явилась необхідність у створенні спеціалізованих програм з розрахунку гумовокордних оболонок різних класів, які дозволяють на стадії проектування визначити вихідні характеристики виробів, створених дизайнером і проектувальником. Такі програми дають можливість уникати втрат часу при створенні нових конструкцій і значно скоротити матеріальні витрати. З огляду на усе викладене вище, актуальність удосконалення розрахункових моделей для гумовокордних оболонок не викликає сумніву.

Актуальність дисертаційної роботи також обумовлена необхідністю удосконалення і проектування цілого класу гумовокордних оболонок, таких як великогабаритні пневматичні шини та пневматичні амортизатори. Ці оболонки можуть мати переміщення порівнянні з розмірами поперечного перетину, тому потребують особливих підходів у розрахунках.

Найбільш важливим і потребуючим на теперішній час уваги є питання збільшення експлуатаційного ресурсу надвеликогабаритних оболонок пневматичних шин, що є важливою народногосподарчою задачею Міністерства промисловості України. Потреба у шинах ГОКів Кривого Рогу становить десь 1000 шт. на рік. Свій ресурс шини напрацьовують за пів року, а вартість однієї досягає 50000 гривень. Питання збільшення рентабельності виробництва по розробці кар'єрів остаються відкритими, а шини займають у цьому процесі домінуючу роль у зв'язку з тим, що понад 40% експлуатаційних затрат приходиться саме на них.

Виробництвом надвеликогабаритних шин займаються лише п'ять країн світу серед яких США, Японія, Франція, Білорусія та Україна (НДІ ВГШ у Дніпропетровську). В умовах великої конкуренції і боротьби за ринки збуту, зміна конструкції великогабаритних шин, що призводить до навіть невеликих поліпшень експлуатаційних показників, набуває особливого значення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота узагальнює результати досліджень у галузі гумовокордних оболонок обертання, які виконувались на кафедрі будівельної механіки та опору матеріалів (БМтаОМ) Придніпровської державної академії будівництва та архітектури (ПДАБтаА) у 2002-2005 р. Дослідження проводились відповідно до Закону України „Про приоритетні напрями інноваційної діяльності в Україні” (стаття 7,8), згідно з тематичними планами Міністерства промисловості України та держбюджетною темою: номер державної реєстрації 0102U005580 „Розробка математичних моделей для розрахунку контактної взаємодії еластичного рушія (пневматичної шини) та в'язкопружної основи (теоретичні та експериментальні дослідження)” (2004-2005 р.) під час навчання в аспірантурі при кафедрі будівельної механіки та опору матеріалів ПДАБтаА.

Мета і задачі дослідження. Головною метою роботи є розробка математичної моделі, яка б дозволила отримати нові якісні та кількісні характеристики сучасних пневматичних шин.

Задачі дослідження:

1. Розробка нової математичної моделі багатошарових кінцевих елементів для розрахунку гумовокордних оболонок обертання.

2. Розробка нового блочного алгоритму варіювання нерозтяжних кінцевих елементів.

3. Зіставлення результатів, отриманих за допомогою нової математичної моделі, з експериментальними та теоретичними даними для обґрунтування їх вірогідності.

4. За допомогою розробленої нової математичної моделі модернізувати конструкції надвеликогабаритних шин.

5. Запропонувати нові конструктивні рішення для відновлених оболонок обертання.

Об'єкт дослідження - деформування гумовокордних оболонок обертання.

Предмет дослідження - математичне моделювання та розробка конструкцій шаруватих гумовокордних оболонок.

Теорії і методи дослідження: геометрично нелінійна технічна теорія оболонок і пластин; метод скінченних елементів; сучасні методи розрахунку рівнянь контактної взаємодії оболонки та основи; використання вірогідних механічних властивостей компонентів оболонки.

Наукова новизна отриманих результатів.

Розроблена нова математична модель пневматичних шин з багатошаровими скінченними елементами.

Розроблено новий блочний метод варіювання нерозтяжних скінченних елементів.

На основі нової моделі одержав подальший розвиток метод оцінки НДС шаруватих гумовокордних оболонок обертання, що дозволило робити розрахунки оболонок довільного профілю з більш точним урахуванням особливостей кожного шару.

Практичне значення отриманих результатів полягає у наступному:

1. Складено пакет програм для розрахунків на ЕОМ, які дозволяють визначити усі компоненти НДС оболонок обертання, таких як шини та амортизатори.

2. Розроблені нові конструкції, у тому числі неоднорідних гумовокордних оболонок надвеликогабаритних пневматичних шин з поліпшеними вихідними показниками.

3. Побудовані температурні режими експлуатації надвеликогабаритних оболонок за для досягнення заданого ресурсу без термодеструкції матеріалу.

4. Досліджено вплив зносу протектора на вихідні показники надвеликогабаритних шин та залишковий ресурс.

5. Запропоновані конкретні рішення для збільшення ресурсу відновлених оболонок обертання.

6. Результати, отримані у дисертаційній роботі, можуть бути використані ще й в навчальному процесі. Зокрема, їх було використано в Придніпровській державній академії будівництва та архітектури (ПДАБтаА).

7. Робота отримала впровадження при проектуванні шин на Дніпропетровському шинному заводі (ДШЗ).

Особистий внесок здобувача. Уся робота здобувачем виконана самостійно.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дисертації доповідалися, обговорювалися та отримали схвалення на міжнародних конференціях:

„Проблеми створення нових машин і технологій” (Кременчук, Україна, 2002),

„Будівництво, матеріалознавство, машинобудування” (Дніпропетровськ, Україна, 2003),

„Каучук та гума” (Москва, Росія, 2004),

12-ому Україно-Польському семінарі „Теоретичні основи будівництва” (Варшава, Польща, 2004),

13-ому Україно-Польському семінарі „Теоретичні основи будівництва” (Дніпропетровськ, Україна, 2005),

на двох міжвузівських семінарах "Проблеми нелінійної механіки" (Дніпропетровськ, Україна, 2005),

на засіданнях кафедри будівельної механіки та опору матеріалів ПДАБтаА (Дніпропетровськ, Україна, 2002-2005),

на засіданні кафедри будівельної механіки Одеської державної академії будівництва та архітектури (Одеса, Україна, 2005).

Публікації. Основні результати дисертації опубліковано у 8 фахових статтях, 2 тезах і одному звіті НДР.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 4 розділів, висновків, списку використаних джерел з 70 найменувань та чотирьох додатків. Загальний обсяг роботи становить 134 сторінки. В дисертації наведено 51 рисунок і 31 таблиця.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Питання актуальності, пов'язані із застосуванням гумовокордних оболонок обертання в будівництві та машинобудуванні, розглядаються у першому розділі дисертаційної роботи. Широта застосування оболонок веде до великої різноманітності конструкцій. Тому у цьому розділі наведено існуючу класифікацію оболонок по конструкції каркаса. З позиції теорії шаруватих оболонок вони класифікуються на діагональні, радіальні та оперезано діагональні. Для діагональної конструкції кути нахилу ниток корду по меридіану змінюються від 30⁰ у борта до 56⁰ по короні. Для радіальної конструкції нитки корду каркаса мають кут який дорівнює нулю, а нитки корду брекера мають кут нахилу70⁰. Цікавим конструктивним рішенням є оперезана діагональна оболонка. Нитки корду в каркасі спрямовані під кутом до меридіональної площини перетину, як і у діагональних оболонках. Її особливістю є те, що поверх діагонального каркаса розташований широкий брекерний пояс, аналогічний брекерному поясові радіальних шин.

Також у розділі описані питання пов'язані з матеріалами, які застосовуються при виробництві гумовокордних оболонок, а саме склад гуми та види корду.

Проводячи аналіз розвитку математичних моделей гумовокордних оболонок, необхідно визначити першу математичну модель 60-их років, створену В.Л. Бідерманом, Б.Л. Бухіним. У цій моделі розглядається шина, представлена як сіткова оболонка. Ця модель відповідала діагональній конструкції оболонки і враховувала тільки жорсткість на розтягнення в окружному і меридіональному напрямках. Використовуючи тригонометричні ряди Бухін Б.Л. вирішив задачу про дію на діагональну оболонку локальних навантажень для випадку малих деформацій.

Ніколаєв І.К. намагався удосконалити цю модель стосовно до рішення задачі про напружено-деформований стан великогабаритних оболонок шин. Він врахував вплив міжшарових гум. Однак отримані результати не задовольняли експериментальним даним, а також рішенням інших авторів.

Наступним кроком в моделюванні стала модель О.Н. Мухіна, що розглядає шину як кільце з пружнім зв'язком. На той час (початок 70-их років) вона знайшла застосування, тому що дозволяла провести наближені розрахунки оболонок шин на локальні навантаження. У моделі враховуються меридіональні деформації згину, визначаються радіальні переміщення і контактні тиски. Недоліком цієї моделі є те, що не враховується просторова робота шаруватої оболонки.

Через деякий час виникла необхідність в розробці моментних моделей. Тому були розроблені моделі багатошарових оболонок на основі геометрично нелінійних співвідношень, які враховували моментність, міжшарові зрушення, а також більш точно описували механічні властивості гумовокордного матеріалу.

У розрахунковій схемі, запропонованій О.В. Фотініч, до складу каркасу оболонки входить невелике число шарів. У зв'язку з відносною гнучкістю каркаса і брекера, вони представлені як безмоментні тонкі оболонки, приведені до їхньої серединної поверхні. Зусилля, що зрушують, між каркасом і брекером сприймає на себе гумовий прошарок, за допомогою якого вони з'єднані. Незважаючи на те, що кожна із складових оболонки безмоментна, сукупність каркаса, прошарку і брекера є моментною в окружному і меридіональному напрямках. Новизною моделі є те, що вперше в механіці шин вирішена задача у такій постановці за допомогою функціоналу повної енергії.

Недоліком усіх перерахованих вище робіт є те, що не була вирішена контактна задача.

Наукова школа О. П. Прусакова при кафедрі опору матеріалів Дніпропетровського інженерно-будівельного інституту сформулювала та вирішила цю задачу. Модель враховувала дію внутрішнього тиску та експлуатаційних навантажень відповідно до теорії Тимошенко для багатошарової ортотропної оболонки. Застосовано метод локальних варіацій. Задача вирішена в геометрично нелінійній постановці. Розвиваючи цю модель Кваша Е.М. Плеханов А.В. і Прусаков О.П. провели роботу, в результаті якої запропоновано дві нові:

1) модель тороідальної ортотропної моментної оболонки для розрахунку діагональних великогабаритних шин, основою якої є уточнена теорія шаруватих оболонок Плеханова-Прусакова;

2) модель для розрахунку радіальних шин середньої товщини, яка використовує тривимірні рівняння анізотропної теорії пружності, а також в ній використовувався енергетичний підхід.

Задачами механіки з позиції теорії шаруватих оболонок займалися Е.І. Григолюк та Ю.М. Новічков, якими були вирішені задачі міцності оболонок при дії внутрішнього тиску.

У розділі також наведені сучасні діючі моделі, що були представлені на міжнародній конференції IRC у 2004 році у Москві.

Це квазідинамічна модель в'язкопружної тришарової оболонки Бєлкіна А.Е. та Нарської Н.Л. У моделі використаний метод функцій впливу. Рішення квазідинамічної задачі було отримано на основі линеарізованної теорії тришарових оболонок.

Гамлицький Ю.А., Швачич М.В. і Попов В.Ф. представили модель, у якій НДС гуми між нитками корду в одношаровій системі моделюється суперпозицією чистого зрушення в меридіональному напрямку (зміна відстані між нитками корду), чистого зрушення в меридіональному напрямі (розтягнення ниток корду), простого зрушення в меридіональному напрямі (подовжній зсув ниток корду друг відносно друга).

Московським проектним центром „Спектр” представлена модель оболонки, як кільця на пружній основі. Для моделювання гумовокордної структури використовуються різні типи скінченних елементів.

В даний час завдяки розвитку комп'ютерної техніки, з'явилася можливість розраховувати оболонки за допомогою скінченних елементів. Математичну модель тороідальної анізотропної моментної оболонки запропонував Кваша Е.М. У моделі оболонка у меридіональному напрямі моделюється нерозтяжними скінченними елементами, що лягли в основу нової математичної моделі, а в окружному напрямку оболонка апроксимується сітковою областю.

У другому розділі дисертаційної роботи пропонується нова математична модель багатошарової анізотропної оболонки обертання. У цій моделі меридіональний поперечний переріз оболонки моделюється новими багатошаровими нерозтяжними скінченними елементами виду. В окружному напрямку, як і у моделі Кваши Е.М., серединна поверхня оболонки апроксимується скінченнорізницевою сіткою.

Основні гіпотези запропоновані для оболонки з багатошаровими нерозтяжними скінченними елементами наступні:

1. Для всіх шарів деформації розтягнення в меридіональному напрямку дорівнюють нулю:

(1)

2. Деформації зсуву для внутрішніх шарів дорівнюють:

(2)

3. Деформації розтягнення-стиску внутрішнього шару по товщині:



(3)

; ;

- поперечні навантаження на внутрішні і зовнішні шари тришарового елемента; - модуль пружності середнього шару;

4. Згинні деформації зовнішніх шарів дорівнюють:

(4)

Особливістю моделі є те, що, якщо розглядати загальний випадок, коли всі скінченні елементи мають різні довжини, то необхідно проаналізувати сорок вісім розрахункових схем у секторах.

В роботі був розроблений новий блочний метод варіювання скінченних елементів для випадків, коли вони знаходяться на одній лінії. Необхідність у цьому виникла у зв'язку з вирішенням проблеми стійкості існуючого алгоритму для таких випадків. Тому на цих етапах було запропоновано блочний скінченний елемент, для якого знаходяться нові данні такі, як його довжина, координати вузлових точок, а також кути нахилу. Блочні кути нахилу знаходяться за допомогою геометричних співвідношень в залежності від сектору знаходження скінченного елемента.

Після приведення системи в дійсний стан (для цього приросту навантаження) є можливість повернутися до скінченних елементів, що входили до блочного і продовжити варіювання по звичайній схемі. Кути нахилу елементів, що входили до блоку, легко знаходяться із геометричних співвідношень у зв'язку з тим, що їх приріст дорівнює приросту кута нахилу блочного скінченного елемента. Це не викликає сумніву, оскільки блочний трикутник не змінює своєї внутрішньої геометрії.

На основі прийнятих вище гіпотез для меридіонального профілю гумовокордної оболонки створена варіаційна модель. Особливістю при обчисленнях є те, що функціонал повної енергії в переміщеннях (6) підлягає мінімізації:

(6)

Реалізація моделі здійснюється за допомогою методу локальних варіацій та нового блочного методу варіювання.

Жорсткості на розтягнення, згин та зрушення для випадку тришарового кінцевого елемента визначаються наступним чином:

B_ij = E_ij h_i ; D_ij = E_ij h_i³ / 12 ; ( i,j = 1,2,6 ) ;

B_ij = G_ij h₃ ; ( i, j = 1,3 ) ; B₃₃ = E₃₃ h₃ .

Модуль пружності E_ij є приведеним.

У третьому розділі дисертаційної роботи розглядаються питання застосування нової математичної моделі для розрахунків оболонок амортизатора та пневматичних шин.

Під час розрахунків амортизатора ПО „ЮМЗ” були знайдені добрі співвідношення з експериментальними даними при побудові навантажувальної характеристики.

Для оцінки впливу кількості скінченних елементів на точність розрахунків побудовані залежності по переміщенням верхньої точки амортизатора ПО „ЮМЗ”. Вони показують, що при кількості елементів 11 та 12 процес набуває стаціонарності і збігається.

Були проведені випробування математичної моделі на оболонках нестандартного профілю при навантаженні локальними силами які показали можливості моделі для знаходження відповідних переміщень.

За допомогою математичною моделі були знайдені недоліки діагональної конструкції оболонки 33.00-51, а саме, дуже низький ресурс в точці стінки, який приводив до подальшого руйнування усієї оболонки. Недоліки конструкції були усуненні розробкою нової неоднорідної (оперезаної діагональної) конструкції, ресурс по стінці якої зрівнявся з ресурсом по короні.

За допомогою нової математичної моделі у роботі проведені розрахунки радіальної конструкції оболонки 33.00R51, у зв'язку з чим надані конструктивні рекомендації. Була доведена необхідність розташування корду посередині шару гумокорда в каркасі, а кут нахилу корду в шарах брекера потрібно зменьшити на 5⁰. Все це дозволяє домогтися поліпшених показників по розповсюдженню зусиль на нитки корду і збільшення значень ресурсу в елементах каркасу.

Нова математична модель дозволяє будувати температурні режими експлуатації оболонок і робити висновки про їх ефективність.

Такі режими дозволяють оболонці працювати запланований час, враховуючи час на охолодження, без відказів. По результатам розрахунків радіальна конструкція більш перспективна і не потребує зупинок для охолодження під час роботи. Враховуючи, що її ресурс значно вищий ніж у діагональної конструкції (це доведено розрахунками в роботі, а також досвідом експлуатації) встає потреба в переобладнанні нею великовантажного автомобільного транспорту. Вірогідність отриманих даних підтверджується експериментальними дослідженнями по температурним полям для оболонки 33.00-51, що проводились в науково дослідному інституті великогабаритних шин (НДІ ВГШ).

У четвертому розділі дисертаційної роботи розглядаються питання, пов'язані з механікою відновлених оболонок обертання. Ці питання були порушені у зв'язку з тим, що гумовокордні оболонки 33.00-51 знімаються з експлуатації в зв'язку з зносом протектора (30%) і в наслідок механічних ушкоджень (31,2%). Таким чином біля 60% великогабаритних оболонок можливо відновлювати.

Відновлення можливо проводити заміною верхніх шарів та накладкою нового протектора. Про можливість повторного використання оболонок після накладання нового протектора свідчать графіки остаточного ресурсу каркаса після зносу протектора, які наведені в дисертаційній роботі.

При відновленні шин з механічними ушкодженнями головним питанням є, яким чином накладати нові шари та під яким кутом. За допомогою математичної моделі ці питання вирішені. Як бачимо збільшення кута нахилу на 10⁰ добре впливає на ресурс відновленої оболонки. Такі кути нахилу відповідають кутам нахилу ниток корду в брекерній зоні для радіальної конструкції оболонки.

Треба також враховувати нові температурні режими експлуатації для дотримання потрібного ресурсу, які для відновленої оболонки трохи гірші ніж для нової. До вибору цих режимів треба відноситись дуже уважно, оскільки нехтування ними може призвести до передчасного руйнування шини.

В роботі також виконані розрахунки неоднорідної конструкції відновленої оболонки з додатковими гумовими включеннями. Варіювання конструктивними параметрами в відновленій оболонці дає можливість привести всі елементи оболонки до більш рівномірного значення ресурсу.



ВИСНОВКИ

Створена нова математична модель шаруватих оболонок обертання в варіаційній формі з новими багатошаровими скінченними елементами. Модель адаптовано до методу локальних варіацій.

Розроблено новий блочний підхід варіювання нерозтяжних елементів стосовно до МСЕ.

Модель реалізована на прикладі обчислень амортизатору ПО ЮМЗ. Результати добре співпадають з експериментом проведеним в НДІ ВГШ.

Розроблена і рекомендована для експлуатації нова конструкція неоднорідної (оперезаної діагональної) оболонки шини 33.00-51 с кращими (понад 15%) показниками ресурсу.

Побудовані температурні режими експлуатації оболонок шин 33.00-51 та 33.00R51 в залежності від експлуатаційних умов на прикладі Аннівського родовища ПівГЗКу. Рекомендації, що надаються, дозволяють уникати термодеструкції гумокорду шарів оболонок обертання.

Модель, крім того, дає змогу проводити більш досконалий аналіз відновлення оболонок шин.

Результати роботи використані при проектуванні оболонок на Дніпропетровському шинному заводі, а також при читанні спецкурсу „Чисельні методи при розрахунку гумовокордних оболонок обертання” для магістрів та дипломному проектуванні в Придніпровській державній Академії будівництва та архітектури.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ праць за темою дисертації

1. Кваша Э.Н Волчок Д.Л. Разработка диагонально-опоясанной конструкции шины 33.00-51//Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. Вип. 3/2002(14).- Кременчуг.-2002. -С. 19-21.

2. Кваша Э.Н Волчок Д.Л. Математическое моделирование диагонально-опоясанной шины как анизотропной оболочки//Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. - Вып. 6/2002(54).- Дн-вск.: -2002. -С. 32-36.

3. Кваша Э.Н Волчок Д.Л. Синтез конструкции резинокордных оболочек с использованием математической модели//сб. научн. трудов. “Строительство, материаловедение, машиностроение” - Вып. 22 ч.1, Дн-вск: ПГАСА. -2003. - С. 247 - 251.

4. Волчок Д.Л. Влияние параметров скольжения элементов протектора шины 33.00R51 на ресурс//Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. - Вып. 2/2004(74).- Дн-вск.: -2004. -С. 27-32.

5. Кваша Э.Н., Волчок Д.Л. Расчет выходных характеристик резинокордных оболочек вращения методом математического моделирования//Труды Междунар. конф. по каучуку и резине “IRC04” - Москва: - 2004. С. 118-119.

6. Кваша Э.Н., Волчок Д.Л. Изопериметрические задачи резинокордных оболочек вращения//Теоретичні основи будівництва. -Дн-ськ: ПДАБтаА. -2004 -№12. -С. 687-692.

7. Кваша Э.Н., Дружинина Л.В., Волчок Д.Л. The new algorithm for shell calculation//Наука и техника: перспективы ХХI столетия. - Дн-вск.:-2004.-С. 28-29.

8. Кваша Э.Н, Волчок Д.Л. Применение математической модели при определении температурных режимов эксплуатации резинокордной оболочки - шины 33.00-51//Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. - Вып. 11/2005(83).- Дн-вск.: -2005. -С. 26-31.

9. Кваша Э.Н., Волчок Д.Л Механика восстановленных резинокордных оболочек пневматических шин // Теоретичні основи будівництва. -Дн-ськ: ПДАБтаА. -2005 -№13. -С. 151-156.

10. Кваша Э.Н., Волчок Д.Л. Влияние износа протектора на выходные показатели оболочки крупногабаритной шины//Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. - Вып. 3/2005(86).- Дн-вск.: -2005. -С. 32-37.

11. Разработка математических моделей для расчета контактного взаимодействия эластичного движителя (пневматической шины) и вязкоупругого основания (теоретические и экспериментальные исследования): Отчет о НИР//ПГАСиА; № 0102U005580, Инв. № 0204U005196 . - Дн-вск., 2004.

Размещено на Allbest.ru