Оценка НДС резино-металлокордных систем - структурных элементов ЦМК шин Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Таблица 2

Фракционный состав парафинов

paraffins

Номер фракции Марка 1 2 3 4 5 6 7

Парафин производства г. Пермь Содержание фракции, % 7,5 12,5 10 10 15 25 20

Температура плавлений, 35 43 45 49 54 63 66

Парафин производства г. Кетов Содержание фракции,% 4 7,5 7,5 30 10 25 36

Температура плавления, "С 48 49 54 57 58 60 64

Парафин П-2 производства Содержание фракции, % 5 5 | 10,5 ¡2,5 20 35,5 10,5

г. Ярославль Температура плавления,°С 47 49 55 55,5 56 60 62,5

Парафин производства Содержание | 2 фракции,% ! 9 3,5 16,7 16,7 50

Китай Температура 145 плавления,°С| 50 50,5 55 58 65

1 Парафин производства Израиль 1 | Содержание j \ фракции, % I 5 8 10 | 35,5 20,5

Температура 145 ¡плавления, °С| 4? | 51 | 54 | 57 1 f I 59 60 1

Церизин - Содержание 8 10 10 20 20 15 10 |

масло фракции, % I

Температура 24 28 38 46 50 11 77

! плавления, °С I

Петролатум- Содержание 6 15 15 15 ! 5 19 I 15

светлый фракции, %

Температура 26 30 42 54 60 6-4 73 1

плавления, °С |

Разработанная методика позволяет исследовать фракционный состав парафинов с погрешностью 7-10% и дает возможность целенаправленного их выбора в качестве модификаторов лакокрасочных покрытий различного назначения.

ЛИТЕРАТУРА

I, Перевертев АЛМ Куприянова Е,Н< Парафиновые композиции. Обзорная информация. ЦНИИТЭ пефтехнм. 1990. ' № 8. С. 1-52.

Переверзев А.Н., Богданов Н.Ф., Рощин Ю.Н. Производство парафинов. М. 1973. 224 с.

Казакова ЛЛ Твердые углеводороды нефти. М: Химия. 1986. 173 с.

?

3

Кафедра химической технологии органических покрытий

УДК 678.01:539.43

А.О* Несиоловский, М.Е, Соловьёв,, Т.Н- Несиоловская

ОЦЕНКА НДС РЕЗИНО МЕТАЛЛОКОРДНЫХ СИСТЕМ - СТРУКТУРНЫХ

ЭЛЕМЕНТОВ ЦМК ШИН

(Ярославский государственный технический университет)

(E-mail; aonessy@rambler.ru)

Выявлено* что в наиболее нагруженных зонах резипо-металло кордных систем наблюдается неоднородность распределения напряжений и деформаций. Предложен критерий соответствия НДС испытываемого образца НДС в локальной области перегруженной часты шипы* С использованием данного критерия впервые проведен сравнительный анализ адекватности различных методов испытаний рези по-мет алло корд н ых образцов НДС отдельных деталей ЦМК шины.

Перспективным направлением развития шинной промышленности является производство цельнометаллокордных (ЦМК) шин, которые характеризуются повышенной ходимостью по сравнению с традиционными пневматическими шинами. Гра-

ница раздела резина - металлокорд является местом концентрации напряжений, на которой вследствие значительного различия упругих характеристик компонентов образуются дефекты, которые развиваются в процессе эксплуатации, снижая ресурс

ЦМК шин. Расчетные методы прогнозирования работоспособности ЦМК шин представляют значительную трудность вследствие взаимовлияния конструкторских и материаловедческих факторов. Оптимальным решением этой проблемы, с точки зрения отечественных и зарубежных исследователей, является анагшз напряженно-деформированного состояния (НДС) шины с использованием метода конечных элементов, который позволяет учесть ее сложную структуру [1-3]. Адекватность конечно-элементного подхода для прогнозирования работоспособности ЦМК шин зависит от корректности используемых характеристик резинометаллокорд-ных систем. Несмотря на то, что существует значительное количество методов испытаний резиноме-таллокордных систем, до настоящего времени не проводилось сравнительного анализа НДС образцов с НДС в локальной области нагруженной ЦМК шины.

Целью работа явилось выявление методов лабораторных испытаний резинометаллокордных образцов, адекватно воспроизводящих НДС в наиболее нагруженных зонах ЦМК шины.

Авторами был предложен комплекс испытаний модельных образцов по определению прочности связи резины с металлокордом, проводящийся в условиях деформаций, реализуемых в покрышке, и определены условия испытаний, которые обеспечивают наибольшую близость НДС образца вблизи нити условиям нагружения металлокорда в структурном элементе шины [4, 5]. К числу таких методик относятся:

- метод определения прочности связи в системе резина - металлокорд в условиях динамической деформации сжатия при одновременном приложении статической нагрузки на нить металлокорда;

- метод определения прочности связи в системе резина металлокорд в условиях знакопеременного изгиба с кручением;

- метод определения прочности связи в системе резина - металлокорд в условиях многократного знакопостоянного изгиба плоского металлокордио-го образца.

С использованием полученных результатов в конечно-элементном пакете АИЗУЗ были построены расчётные модели перечисленных выше испытаний. В созданных моделях на основании численного анализа НДС, возникающего на границе раздела системы резина - метал-выявлены зависимости главных компо-

нент тензоров напряжения и деформации от условий испытаний.

На основании численного анализа НДС, возникающего в цилиндрическом образце при его сжатии и одновременном приложении к вулканизованной в него металлокордной нити статической нагрузки, были выявлены соотношения между главными компонентами тензоров напряжения и деформации в наиболее нагруженном узле образца. Графики зависимостей главных и эквивалентных напряжений и деформаций в наиболее нагруженной области образца при его сжатии (Ь) и одновременном выдёргивании нити металлокорда приведены на рис. 1, 2.

я 4ЛЮ0Е+06

I З.ОООЕ-Юб

| 2,000Е+06

й ],000Е+06

(5 I

0,000Е+00

О

4 6 L, мм

С)

12

Рис, 1, Изменение главных и эквивалентных компонент те изо

ров напряжения Fig, t, Change in the mam and equivalent components of stress

tensors (1 -<5\ ,2 -On , 3 -СУщ, 4 -0'e(fV}

ct

Ф

t¿ и

>ч

к 0,50

=Г

5 0.00

-0.50

-1,50 L

L, мм

1

3 —К—4

Рис. 2. Изменение главных и эквивалентных компонент тензоров деформации Fig.2.Change in the main and the equivalent components of strain

tensors) (1 2 3 -Сщ, 4 -£еф)

Анализ представленных зависимостей показывает, что качественно характер изменения первых

и вторых главных напряжений и деформаций в наиболее напряжённой зоне резинового цилиндрического образца при выдёргивании из него ввулкани-зеванной металлокордной нити идентичен. Наблюдается различие в характере изменения третьих главных напряжений и деформаций: напряжения являются растягивающими, в то время как деформации - сжимающими. Характер эквивалентных напряжений и деформаций также различается: эквивалентные напряжения являются минимальными по сравнению с тремя главными, а деформации -максимальными» Это свидетельствует о неоднородности распределения напряжений и деформаций в наиболее напряжённой зоне цилиндрического резинового образца при его сжатии и одновременном приложении статической нагрузки на нить металле-корда. На рис. 3, 4 представлено распределение первых главных напряжений и первых главных деформаций при сжатии модели цилиндрического блока с вулканизованной в него металлокордной нитью при одновременном приложении статической нагрузки на нить металлокорда*

a max

Рис. 3. Распределение первых главных напряжений при сжатии

модели цилиндрического блока

Fig.3. Allocation of the first main stresses at squeezing model of the

cylindrical block

На основании численного анализа НДС, возникающих при изгибе цилиндрического образца с ввулканизованной в него нитью металлокорда и при знакопостоянном изгибе плоского металло-кордного образца, также выявлено, что в наиболее напряжённой зоне испытываемых образцов наблюдается неоднородность распределения напряжений и деформаций.

е max

.ОО.Шб ' .18£403 ' .ЫПИ ' \ 731327 '

.053913 . .83'j£<15

Рис. 4, Распределение первых главных деформаций при сжатии

модели цилиндрического блока

Fig A Allocation of the first main strains at squeezing model of the

cylindrical block

Результаты численного анализа НДС приведённых выше моделей свидетельствуют о качественном различии б наиболее нагруженных зонах резино-метаяяокордных образцов при различных методах испытаний. Чтобы оценить соответствие распределения НДС в резино-металлокордных образцах, НДС в локальной области перегруженной части шины необходимо ввести количественный критерий соответствия, позволяющий оценить аде-кватноеть проводимых лабораторных испытании реальному поведению ЦМК шины в условиях эксплуатации.

Для решения этой задачи был предложен количественный критерий в виде скалярного произведения единичных векторов в пространстве главных напряжений или деформаций, возникающих при нагружении образца, на соответствующие единичные вектора, возникающие в локальной области перегруженной части шины:

S = ab = axbx + ayby + a7hz, где а - единичный вектор в пространстве главных напряжений или деформаций в наиболее нагруженной локальной области деформированной шины; b -то же для модельного резино-металлокордного образца.

В результате скалярного произведения единичных векторов получается число, лежащее в пределах от нуля до единицы. Если скалярное произведение единичных векторов равно единице (S = 1), то рассматриваемые вектора коллинеарны, а если оно

равно нулю (S = 0), то перпендикулярны. Таким образом, чем больше критерий соответствия стремится к единице, тем в большей степени НДС, возникающее в модельном образце, соответствует напряженно-деформированному состоянию, возникающему в локальной области перегруженной части ЦМК шины,

Рассчитанные значения критерия соответствия для рассматриваемых авторами методик определения прочности связи в системе резина - метал« локорд представлены в таблице.

Таблица.

Результаты скалярного произведения главных векторов напряжении и деформации для разных ¿методов испытания систем резина - металл о корд

Table .The results of a dot product of main vectors of stress and strain for different test methods of the systems

rubber - steel-cord*

.......... .................... ........................... Модель Скалярное í Солярное пронзи i лрои'зведе- ! веденne(S) для ,Г1Ч ! « ние S) для i напряжении » деформации

, Динамическая деформация сжатия цил и и др и чес кого рези но-металлокордного образца при одновременном л р и ложен и и стати ч ее ко й нагрузки на нить металле-! корда 0,680 0,981

[ Знакопеременный изгибе кручением резиио-¡металлокордного образца (по | оси У ) 0,714 0,993

Знакопеременный изгиб с

кручением резино-металлокордного образца (по оси X)

0,778

0,942

Многократный знакопостоянный изгиб плоского рези-но-металлокордного образца

0,926

(1886

Анализируя представленные данные можно сделать вывод, что с точки зрения главных напряжений характеру распределения НДС в локальной области перегруженной части ЦМК шины более адекватны испытания резинометаллокордных образцов в условиях многократного изгиба. При этом испытания в условиях многократного знакопостоянного изгиба плоского резинометаллокордного образца обеспечивают наибольшую адекватность (8= -0,926). Испытания по методике знакопеременного

изгиба дают несколько меньшую степень адекватности, чем в условиях знакопостоянного изгиба.

Принципиально иная картина наблюдается при анализе данных с точки зрения главных деформаций: характеру распределения напряжённо-деформированного состояния в локальной области перегруженной части ЦМК-шины наиболее адекватны испытания резинометаллокордных образцов в условиях знакопеременного изгиба с кручением (по оси У скалярное произведение 8 = 0,993, по оси X скалярное произведение 8 ^ 0,942) и в условиях динамической деформации сжатия при одновременном приложении статической нагрузки на нить металлокорда (3 = 0,981), Наименее адекватны испытания резино-металлокордных образцов при испытаниях в условиях знакопостоянного изгиба плоского образца (8 = 0,886).

Таким образом, предлагаемый критерий позволяет оценить степень адекватности лабораторных методов испытаний резино-металлокордных образцов поведению ЦМК шины в реальных условиях эксплуатации и выбрать наиболее подходящие для данного структурного элемента условия испытаний. В тоже время следует отметить, что степень адекватности * распределения напряжённо-деформированного состояния в резинометалло-кордном образце распределению НДС в локальной области перегруженной части шины выше с точки зрения главных деформаций. Вследствие этого, встаёт вопрос; какой из критериев (напряжение или деформация) следует считать более корректным для прогнозирования работоспособности ЦМК шин, т.е. необходимо провести идентификацию НДС резинометаллокордных образцов НДС, реализуемому в условиях эксплуатации ЦМК шин,

ЛИТЕРАТУРА

Г Лукамск&я А.И, Механические свойства резинокордных систем, М.: Химия. 198К 280 с,

2. Букин БЛ. Введение в механику пневматических шин. М: Химия. 1988. 224 с.

3. Ненахов А*БМ Гальперин Л.РМ Соколов СЛ. Каучук и резина. 2000, №2. С 25-34.

4. Несиоловский А,О,, Вегошкни А.Б., Несиоловскан Т.Н. Ит вузов. Химия и хим. технология. 2003. Т. 46. Вып. 3. С, 45-47.

5. Несиоловский А,О,, Соловьев М„Е., Несиоловская Т«Н«

Изв. вузов. Химия и хим. технология, 2003. Т. 46, Вып. 9. С. 88-90.

Кафедра химии и технологии переработки здестомеров