Расчет оболочек автомобильных шин [Константин Владимирович Ефанов] (fb2) читать онлайн

Константин Ефанов Расчет оболочек автомобильных шин

Введение

В монографии приведена дополнительная глава по теории расчета и проектирования автомобильных шин. Приводятся современные сведения и вопросы, не рассмотренные, в существующей литературе по тематике.

Основным элементов оболочки шины является каркас, то есть несущий остов. Каркас состоит из пропитанной и термообработанной кордной ткани из капрона, полиэфиров. Современный шинный корд выпускается бесшовным. Шины выпускаются в бескамерном конструктивном исполнении. Отличие между исполнением без камеры и с камерой в плотной посадке шины на обод колеса. На внутренней поверхности покрышки располагается герметизирующий слой. Герметизация стыка между шиной и ободом происходит из-за создаваемого натяга и конструкции бортов. Обода для бескамерных шин являются герметичными.

Теория расчета мягких пневматических оболочек и эластомеров

упругости введение упрощений получают теорию тонких оболочек. Из теории тонких оболочек исключив моменты получают безмоментную теорию тонких оболочек.

Сосуды и аппараты стальные до 21МПа рассчитывают по существующим в настоящее время нормам по безмоментной теории тонких оболочек. Как отмечено в работе [1] для мягкой оболочки расчет не будет отличаться от расчета жесткой оболочки при наличии только растягивающих усилий (напряжений). В этом случае напряженное состояние является двухосным. Но существуют зоны сжатия и зоны с отрицательными сжимающими усилиями. В последнем случае происходит потеря устойчивости (так как оболочка мягкая) и образуются складки на поверхности оболочки. Сжимающее напряжение снижается до нулевых значений и в зоне сжатия напряженное состояние одноосное.

Задача расчета эластомеров состоит в решении нелинейной теории термовязкоупругости [1]. На упругую деформацию приходится до 80% общей деформации. Неупругие эффекты по К.Ф. Черныху являются эффектами второго порядка и при длительной работе изделия происходит их релаксация.

Черных показывает о не сжимаемости вулканизированных каучуков [1,с.67] на основании сравнения модулей сдвига высокоэластичной деформации (до 150 кг/кв.см) и модуля объемного сжатия (до 1000…10000 кг/кв.см). В главных осях напряжений действует закон упругости.

В настоящее время расчеты производятся методом конечных элементов (МКЭ) решением задачи теории упругости. Теория гибких оболочек по-видимому не имеет актуальности для расчета автомобильных шин.

Расчет шин методом конечных элементов

Расчет шин методом конечных элементов в программном пакете Abaqus показан в работе [3]. В этой работе отмечается, что указанный программный пакет является стандартом по проектированию шин и приводятся названия компаний-изготовителей шин, использующих эту программу.

Методом конечных элементов выполняют все виды расчетов шин (осесимметричные задачи посадки покрышки на дике, наддува шины, определение размеров пятна контакта, которое влияет на сцепление и проходимость, анализ параметров качения, шумовые характеристики).

Как и в расчетах оболочек металлоконструкций, где для упрощения расчета выделяется с учетом симметрии только сегмента конструкции, в шине может быть выделен сегмент и выполняют его расчет.

С увеличением площади пятня контакта площадь с интегралом по элементарным площадкам, по которым передается удельное трение. Поэтому при дрифте шины перекачивают для уменьшения площади контакта и снижения сцепления (а также смачивают водой поверхность асфальтовой площадки), а при застраивании уменьшают давление в шинах. На силу тяги влияет сила сцепления между частицами грунта или песка, на которую воздействует площадь контакта колеса. С увеличением площади нагрузка на грунт понимается и за счет этого увеличивается проходимость. На боковых сторонах покрышки вводятся специальные грунтозацепы типа елочки для захвата смежных твердых слоев грунта, например, при езде по колее и выходе из нее.

Выбор рисунка протектора

Выбор рисунка протектора с помощью систем автоматизированного проектирования показан в работе [2].

обеспечения максимального сцепления с дорогой.

Шины спорткаров содержат сложные технические решения, обеспечивающие езду при умеренных скоростях и при скоростях порядка 400 км/ч.

Шины бронированных лимузинов также содержат сложные решения, направленные на выдерживание большой массы автомобиля и обеспечения высоких динамических показателей при езде. Шины бронеавтомобилей содержат как правило прочный каркас, обеспечивающий езду при пробитой покрышке, но сложные решений по сравнению с приведенными выше двумя случаями не имеют.

В условиях внедорожной езды используют шины специальной конструкции с грунтозацепами, повышающими проходимость автомобиля.

В условиях городской езды используют шины с разным типом рисунка протектора. Протектор шин обеспечивает увеличение сцепления материала шины с дорожным покрытием путем направленного отвода жидкости из под колеса.

Протектор является частью оболочки шины, позволяющий его легко менять, изменяя эксплуатационные характеристики шины без изменения в целом конструкции оболочки.

В работе работе [2] можно выделить 2 результата: обработка и анализ рисунков протектора и подбор рисунка из набора из имеющейся базы под условия эксплуатации.

Список литературы

1. Карбиц С.А, Михайловский Е.И., Товстик П.Е., Черных К.Ф., Шамина В.А., под ред. Черныха К.Ф., Карбица С.А., Общая нелинейная теория упругих оболочек. – СПб.: Изд-во С.-Петерб. Ун-та, 2002. – 388 с.

2. Бадюля А.П. Автоматизированная система поддержки процесса проектирования рисунков протектора пневматических шин. Автореферат кандидатской диссертации. – Волгоград: Волгоградский государственный технический университет, 2001. – 238 с.

3. Рыжов С.А., Ильин К.А., Варюхин А.Н., Проектирование шин с использованием программного комплекса ABAQUS // САПР и Графика. – №1. – 2006. – С.77-81.

Оглавление

Введение

Теория расчета мягких пневматических оболочек и эластомеров

Расчет шин методом конечных элементов

Выбор рисунка протектора

Список литературы