ВТОРОЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ    СИМГОЗИУМ "ПРОБЛЕМЫ ПИН И ИЗИН0К0РДНЫХ КОМПОЗИТОВ. ПРОЧНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ".

Третьяков О.Б., Гамлицкий Ю.А.

 Симпозиум проходил в Москве, в НИИ шинной промышленности с 22 по 26 октября 1990г. Организаторы Симпозиума - Минхимнефтепром СССР, Секция шин и резинокордных композитов ВХО им. Д.И.Менделеева, Научный Совет АН СССР по проблеме "Физика, химия и механика эластомеров. Конструирование и технология из­делий на их основе".

Важным отличаем данного Симпозиума от предыдущего явилось участие в его работе 22 представителей зарубежных институтов и фирм из пяти стран (Болгария. Венгрия, Китай, Румыния, США).

По итогам Первого Симпозиума состоявшегося год назад, программным комитетом были вручены дипломы за следующие докла­ды:

1 Э.Н. Кваша. Контакт пневматической шины с упругим основанием.

2.В.Э. Згаевский. Теоретическое описание упругих, вязкоупругих и предельных свойств резин как матричных композитов с дисперсным жестким наполнителем.

3.О.Б.Третьяков, С.Л.Соколов. Математическое моделирова­ние напряженно-деформированного состояния и критерии усталост­ного разрушения шин.

Тематика представленных докладов включала вопросы расчета напряженно-деформированного состояния шины, оптимального кон­струирования на основе современных математических моделей. Обсуждались вопросы расчетно-экспериментальяых методов прогно­зирования нелинейного механического поведения композитных систем, а также методы испытаний материалов и готовых изделий.

Указанные исследования направлены на решение задачи повышения прочности и долговечности эластомерных композитов и связаны между собой единым системным подходом, позволяющим логично устанавливать взаимосвязь применяемых моделей и методов для решения проблемы повышения качества шин.

За три полных дня работы (23-25 октября) было прочитано 30 докладов ( 25 минут на один доклад вместе с вопросами) и пленарная лекция, с которой выступил профессор К.Ф.Черных. Тема лекции "Нелинейная теория упругости высокоэластичных материалов".    Основное внимание докладчик уделил особенностям материалов, для которых характерно наличие больших обратимых деформаций, существенно отклоняющихся от "гуковского" поведения. Исследование идей и методов нелинейной механики представ­ляется весьма актуальным на современном этапе конструирования шин, для которого характерен переход от учета геометрической нелинейности, обусловленной сложностью конструкции шины, к физической нелинейности свойств резин и резинокордных компози­тов.

В докладе "Расчет ресурса сверхкрупногабаритных шин" авторов: Э.С.Скорнякова, Э.Н.Кваши, А.В.Плеханова, А.П.Прусакова на основе модели нелинейной моментной анизотропной сло­истой оболочки записаны основные уравнения динамической зада­чи термоупругости, на основании решения которых на ЭВМ прогно­зируется ресурс шины с учетом их восстановительного ремонта.

Вопросы долговечности шины обсуждались в докладе Ю.П.Маке­ева и В.М.Пъшева. За основу был принят усталостный критерий разрушения. Величины деформаций в наиболее опасных точках шины определялись экспериментально с помощью системы датчиков. С учетом скорости движения автомобиля и состояния дорожного пок­рытия, а также температуры саморазогрева шины приводятся рас­четные значения долговечности, адекватные статистическим дан­ным, полученным при дорожных испытаниях.

Л.Гадош и Т.Немет (фирма "Таурас", Венгрия)   сделали доклад о применении   расширенной осесимметричной модели ко­нечных элементов для исследования осесимметричяого нагружения металлокордннх радиальных шин с учетом перемещений в окружном направлении. В расчете учитывали геометрическую нелинейность и физическую     линейность резинокордной системы. Получили поле перемещений, поля напряжений в резине и растягивающие усилия в корде.

Теоретическое исследование долговечности шины с учетом восстановления методом нарезания рисунка протектора приведено в докладе Л.Д.Слюдикова и Л.Р.Гальперина. Установлено, что полный ресурс при осуществлении нарезки возрастает на 5 - 15% в зависимости от   типа шин.

М.Г.Поттингер (научный сервис "Смизерс", США) рассмотрел задачу о распределении трех компонент напряжений при контакте массивных и пневматических шин как в статике, так и в процессе качения. Приведен большой экспериментальный материал в виде эпюр   напряжений и таблиц. Высказаны соображения об изменении конструкции изделия с целью уменьшения износа.

Метод оценка срока службы автомобильных шин на основании результатов стендовых испытаний изложен в сообщении В.А.Гудкова, В.П. Кубракова, В.Н. Тарковского. На специально разработан­ном стенде получены зависимости интенсивности износа протектора легковых и грузовых шин от нормальной нагрузки, скорости качения, внутреннего давления, боковых и продольных сил,  кото­рые позволяют прогнозировать износ протектора в различных дорожных условиях расчетным методом.

В докладе В.Н. Болконского, В.Л. Пачева, Г.А. Шкурко описаны особенности механики шин сверхнизкого давления, к главным из них следует отнести высокую эластичность конструк­тивных элементов, а также возможность появления волн неустойчи­вости.

Г.К. Хохшвендер (научный сервис "Смизерс", США, прези­дент)    сделал подробный, хорошо иллюстрированный доклад о тенденциях в современной технике испытания шин на примере сво­ей всемирно известной фирмы. Изложены требования к испытатель­ным стендам для удовлетворения требований современных техноло­гий. Указано, что условия как лабораторных, так и стендовых испытаний необходимо приближать к реальным условиям   эксплу­атации на конкретных дорогах в соответствующих климатических условиях.

Критерии оптимизации равновесного профиля шин низкого давления приведены в докладе В.А.Ищенко и В.Н.Белковского, где для минимизации функционала полной энергии моментной   слоистой оболочки методом последовательных приближений варьируется ради­ус кривизны профиля беговой части шины с использованием сплайн--аппроксимации•

В.Н. Подопригора, К.С. Путанкин, Г.В. Надеждин   предложи­ли метод выбора оптимальных конструктивных параметров каркаса многослойных шин на стадии проектирования, а именно слойности каркаса и рабочего давления многослойных   шин. Результаты ис­следований использованы при разработке новых конструкций шин.

Способы уменьшения теплообразования в автобусных и грузо­вых радиальных шинах в условиях повыпенных   скоростей обсужда­лись в докладе К.Дрегуш и др.(Румыния, НИИ по переработке кау­чука. )На основании результатов стендовых испытаний шин показа­но, что при оптимизации на ЭВМ состава протекторных резин можно существенно понизить их тепловыделение. В частности, замена СКИ-3 на НК понижает теплообразование. Использование двухслой­ного протектора приводит к тем та следствиям.

Л.В. Божкова и О.И. Балабин представили доклад, посвящен­ный решению задачи о квазистатическом качении обрезиненного катка (массивной шины). Предложенный ими метод более точен и его преимущества возрастают с увеличением коэффициента трения.

От группы авторов Э.Н. Кваша сделал доклад о влиянии конструктивных факторов на напрялвнно-деформированное состоя­ние металлокордных радиальных крупногабаритных шин. Оптимиза­ция конструкции проводилась на основе модели нелинейной моментной анизотропной трехслойной оболочки, подвергающейся од­новременному воздействию внутреннего давления и внешних экс­плуатационных нагрузок.

Д.Дж. Шуринг (научный сервис "Смизере", США) в своем доаладе, посвященном однородности колес с пневматическими ди­нами, особое внимание обратил на флуктуации радиальной силы. Прецизионными измерениями и расчетами показано, что эффект неоднородности обода не может быть компенсирован неоднороднос­тью шины. Исследования проводились для трех типов обода -стандартного, алюминиевого и стального.

В докладе С.К. Кларка (Мичиганский университет, США) на основе модели балки было проведено исследование критической скорости шины. Продемонстрировано влияние конструктивных пара­метров шин, а также потерь в материале на распространение волн колебаний.

В докладе М.И. Рекитара, В.И. Тимофеева, В.Н. Пращикина рассматривалась проблема нагруженности низкопрофильных шин для грузовых автомобилей и автобусов. Сделан вывод, что для характеристики таких шин, для их сопоставления с шинами обычно­го профиля целесообразно применять коэффициент объемной нагру­женности, при этом рассчитанная работоспособность коррелирует с результатами стендовых испытаний.

Метод расчета резинокорцных баллонов шинно-пневматичес-ких муфт предложен в докладе   И.А. Трибельского, А.И. Ердеева, Ю.В. Абакумова.   Численные расчеты, основанные на методе ко­нечных элементов, позволяют производить исследования напряжен­но-деформированного состояния баллонов в зависимости от их конструктивных параметров и упругих свойств материалов.

В докладе В.В. Губанова расчет долговечности резинокордного ремня проводится на основе простых аналитических соотно­шений теории упругости. Из условия прочности выводится расчет числа оборотов до разрушения.

В докладе Ю.В. Суворовой и Т.Д. Чупилко прогнозирование свойств резинокордных композитов проводится на основе выбора специального вида ядра релаксации и температурной зависимости механического поведения. Авторы считают, что для предсказания свойств композитов в эксплуатации достаточно трех параметров, входящих в определяющее уравнение. Расхоящение расчета с экс­периментом не более 5 %,

Л.С. Присс и А.Г. Шуйская проанализировали зависимость величины механических потерь в резине при циклических деформа­циях от условий нагружения. Расчетным путем   получено, что потери в условиях чистого и простого сдвигов несколько разли­чаются мевду собой» Сделан вывод о том, что поворот главных направлений деформации не вносит существенного вклада в вели­чину потерь в диапазоне деформаций 10-12 %.

Трехфазная модель резины, предложенная в докладе Ю.А. Гамлицкого, Н.А. Богомоловой, М.В. Косичкиной,    позволяет прогно­зировать нелинейное вязкоупругое поведение композита "Каучук-ТУ"(тех.углерод). В модели   учитывается наличие тонкого слоя модифицированного каучука на поверхности ТУ, а также изменение структуры ТУ в процессе деформирования. Все параметры имеют ясный физический смысл. На основе модели могут быть рассчита­ны прочностные свойства резины.

Ю.Ф. Шутилин предлагает трактовку зависимостей величин сцепления с дорогой и потерь при качении шины в аспекте релак­сационных спектров резин, их связи с химическим строением цепей

каучука и механизмами их внутримолекулярной подвижности. Идеи работы тесно связаны с известным методом релаксационной спект­рометрии»

Кинетика расслоения   и прочность взаимодействия фаз в наполненных полимерных системах рассмотрена в докладе Ю.П.Зезина. Эксперимент по определению зависимости объема образца от величины приложенной нагрузки, обработанный в соответствии с развитой теорией отслоения частиц наполнителя от каучуковой матрицы, позволяет получить картину разрушения композита.

Влияние размера и формы частиц дисперсного наполнителя на физико-механические свойства наполненных полимерных систем исследовано в работе З.К. Тараненко. Показано, что для слабо-наполненных систем отслаивание и кавитация существенно зависят от свойств матрицы и размера включений. Для высоконаполненных систем ключевым параметром является объемная доля наполнения.

Эффективность применения резиноволокнистых композитов в автомобильных карьерных и массивных шинах исследована в докла­де Е.А. Дзюры, Л.Ы. Волчёнок, И.В. Марковой, А .П. Науменко. Особенностью   этих материалов является возможность с помощью технологических приёмов добиться существенной анизотропии их свойств (например, упругий модуль меняется  в 20 раз). Показано, что применение резин, армированных короткими волок­нами, в подпротекторной части карьерных, а также в посадочной и демпфирующей части массивных шин позволяет заметно снизить рабочую температуру изделий.

Доклад И.В. Балабина и О.И. Балабина   содержит анализ нагрузочного режима пневматической шины в динамической системе "автомобиль-дорога". Приведены расчетные и экспериментальные данные по зависимости максимальной осевой нагрузки при криво­линейном движении автомобиля, что необходимо учитывать при проектировании шин и колёс.

Определению силовых характеристик эластичного колеса при качении с уводом по криволинейной траектории посвящен доклад А.н. Мамаева, И.В. Сазанова, £.11. Назарова.   Выведены зависи­мости, позволяющие определять в контакте с дорогой боковые и продольные сипы» момент сопротивления повороту, интенсивность износа (последняя характеризуется мощностью потерь на трение в контакте).

Е. Дэнилэ (НИИ по переработке каучука, Румыния)   прочел от группы соавторов доклад, посвященный исследованию влияния конструктивных особенностей и эксплуатационных условий на боковое усилие и стабилизирующий момент легковых шин при ис­пытании на стенде с поворотным углом. Показано, что примене­ние уплотнительных шнуров с высотой до максимальной ширины ши­ны повышает устойчивость автомобиля при высоких скоростях и на крутых поворотах,   Низкопрофильные шины обеспечивают безопас­ность движения и хорошую управляемость.

Б докладе А.Б. Дика, С.с. Капралова, П.Н. Малюгина, Н.Д. Гудалина   О влиянии нестационарного увода шин на управля­емость автомобиля указано, что   наблюдающаяся в последние годы тенденция к росту коэффициента сопротивления уводу в некото­рых случаях может привести к увеличению длины релаксации шин.

К работе Симпозиума был проявлен большой интерес. В число участников вошли представители практически всех шинных заводов СССР, институтов отрасли, а также академических и учебных институтов. Можно с уверенностью сказать, что в тематике докладов получили достойное отражение основные дости­жения в рамках обсуждаемых проблем.

После завершения Симпозиума на совместном заседании Программного и Организационного комитетов было принято реше­ние о проведении третьего Всесоюзного симпозиума "Проблемы шин и резинокорцных композитов. Нелинейность и нестационар­ность"   в октябре 1991 года.

Был также рассмотрен вопрос   о частичном переводе организа­ции следующего Симпозиума на коммерческую основу, имея ввиду большой интерес к его тематике со   стороны инофирм. Если будут достигнуты соответствующие договоренности, то   расши­ренные варианты докладов можно будет предлагать приобрести заинтересованным организациям, поощряя при этом авторов ра­бот, вызвавших коммерческий интерес.

Большую помощь в проведении Симпозиума оказал вице-прези­дент ВХО им. Д.И. Менделеева     В.Ф. Ростунов.

Итоги работы Симпозиума позволяют выразить надежду, что и в дальнейшем проведение подобных научно-технических форумов будет плодотворным как с практической, так и с научно-позна­вательной точек зрения.

                                                          Сборник Простор, 1991 №2/3, Москва, НИИШП. с 94-103