Проявление эффекта размягчения материала в изменении напряженно-деформированного состояния шины

Авторы

  • Александр Константинович Соколов Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • Александр Львович Свистков Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • Людмила Андреевна Комар Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • Владимир Васильевич Шадрин Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • Виктор Николаевич Терпугов Пермский государственный национальный исследовательский университет

DOI:

https://doi.org/10.7242/1999-6691/2016.9.3.29

Ключевые слова:

эффект Маллинза, размягчение резины, гиперупругий материал, модель Огдена-Роксбурга, автомобильная шина, метод конечного элемента, вычислительный эксперимент

Аннотация

Цель работы состоит в изучении влияния эффекта размягчения (эффекта Маллинза) на изменение полей напряжений в движущемся колесе автомобиля в условиях разгона и торможения. Этому эффекту в шинной промышленности уделяется, с точки зрения авторов данного исследования, недостаточное внимание. Компьютерное моделирование размягчения материала в шине автомобильного колеса при движении само по себе является сложной математической задачей. Здесь предлагается алгоритм расчета, в котором принимается во внимание эффект Маллинза и его воздействие на напряженно-деформированное состояние автомобильной шины в процессе движения. С помощью этого алгоритма определяется размягчение шины в разных ее точках при первом обороте колеса в условиях разгона автомобиля. Результаты проведенных численных расчетов показали важность включения в постановку задачи данного эффекта даже на упрощенной модели автомобильного колеса, в которой материал шины рассматривался как изотропный. В ходе вычислительных экспериментов установлено, что деформации на боковой поверхности шины с учетом эффекта Маллинза значительно выше, чем полученные в расчетах, в которых этот эффект оставался вне поля зрения. Для представления механических свойств эластомерной матрицы колеса использовалась гиперупругая модель Огдена четвертого порядка. Степень размягчения описывалась с помощью модели Огдена-Роксбурга. Для получения необходимых констант модели материала проведен эксперимент на циклическое растяжение с остановками продолжительностью 30 минут через каждые 5% приращения деформации.

Скачивания

Данные по скачиваниям пока не доступны.

Библиографические ссылки

Печковская К.А. Сажа как усилитель каучука. - М.: Химия, 1968. - 214 с.
2. Krauss G. Reinforcement of elastomers by carbon-black // Rubber. Chem. Technol. - 1978. - Vol. 51, no. 2. - P. 297-324. DOI
3. Куперман Ф.Е. К вопросу о механике усиления каучуков техуглеродом // Материалы 24-го симпозиума «Проблемы шин и резинокордных композитов». - М.: ООО «Научно-технический центр «НИИШП», 2013. - С. 171-190.
4. Mullins L., Tobin N.R. Stress softening in rubber vulcanizates. Part I. Use of a strain amplification factor to describe the elastic behavior of filler reinforced vulcanized rubber // J. Appl. Polym. Sci. - 1965. - Vol. 9, no. 9. - P. 2993-3009. DOI
5. Harwood J.A.C., Mullins L., Payne A.R. Stress softening in natural rubber vulcanizates. Part II. Stress softening effects in pure gum and filler loaded rubbers // J. Appl. Polym. Sci. - 1965. - Vol. 9, no. 9. - P. 3011-3021. DOI
6. Общая химическая технология / Под ред. С.И. Вольфковича, А.П. Егорова, В.К. Кускова. - М.: Академия, 1946. - Т. 2. - С. 407.
7. Passera S., Baylón K., Fiorentino A., Ceretti E., Elías A., Rodríguez C. A preliminary material model to predict stress softening and permanent set effects of human vaginal tissue // Procedia Engineering. - 2013. - Vol. 59. - P. 150-157. DOI
8. Rachid D., Mohand O. On the numerical simulation of damage for the visco-hyperelastic anisotropic behavior of the biomaterials in cyclic loading: relationship of the Mullins effect and fibers reinforcement // Procedia Engineering. - 2015. - Vol. 101. - P. 126-134. DOI
9. Chai A.B., Verron E., Andriyana A., Johan M.R. Mullins effect in swollen rubber: Experimental investigation and constitutive modeling // Polym. Test. - 2013. - Vol. 32, no. 4. - P. 748-759. DOI
10. Safadi M.M., Rubin M.B. Modeling rate-independent hysteresis in large deformations of preconditioned soft tissues // Int. J. Solids Struct. - 2014. - Vol. 51, no. 18. - P. 3265-3272. DOI
11. Machado G., Chagnon G., Favier D. Theory and identification of a constitutive model of induced anisotropy by the Mullins effect // J. Mech. Phys. Solids. - 2014. - Vol. 63. - P. 29-39. DOI
12. Lin S., Zhou Y., Zhao X. Designing extremely resilient and tough hydrogels via delayed dissipation // Extreme Mechanics Letters. - 2014. - Vol. 1. - P. 70-75. DOI
13. Martinez J.R., Le Cam J.-B., Balandraud X., Toussaint E, Caillard J. New elements concerning the Mullins effect: A thermomechanical analysis // Eur. Polym. J. - 2014. - Vol. 55. - P. 98-107. DOI
14. Zhang T., Lin S., Yuk H., Zhao X. Predicting fracture energies and crack-tip fields of soft tough materials // Extreme Mechanics Letters. - 2015. - Vol. 4. - P. 1-8. DOI
15. Loo Mee S., Andriyana A., Verron E., Chagnon G., Afifi A.M. Experimental investigation of the Mullins effect in swollen elastomers // 8th European Conference on Constitutive Models for Rubbers, June 2013, San Sebastian, Spain. - P. 437-442.
16. Diani J., Brieu M., Batzler K., Zerlauth P. Effect of the Mullins softening on mode I fracture of carbon-black filled rubbers // Int. J. Fracture. - 2015. - Vol. 194, no. 1. - P. 11-18. DOI
17. Buffel B., Desplentere F., Bracke K., Verpoest I. Modelling open cell-foams based on the Weaire-Phelan unit cell with a minimal surface energy approach // Int. J. Solids Struct. - 2014. - Vol. 51, no. 19-20. - P. 3461-3470. DOI
18. Diaz R., Diani J., Gilormini P. Physical interpretation of the Mullins softening in a carbon-black filled SBR // Polymer. - 2014. - Vol. 55, no. 19. - P. 4942-4947. DOI
19. Dargazany R., Itskov M. Constitutive modeling of Mullins effect and cyclic Stress softening in filled elastomers // Phys. Rev. E. - 2013. - Vol. 88. - 012602. DOI
20. Cantournet S., Desmorat R., Besson J. Mullins effect and cyclic stress softening of filled elastomers by internal sliding and friction thermodynamics model // Int. J. Solids Struct. - 2009. - Vol. 46, no. 11-12. - P. 2255-2264. DOI
21. Chai A.B., Verron E., Andriyna A., Johan M.R. Mullins effect in swollen rubber: Experimental investigation and constitutive modelling // Polym. Test. - 2013. - Vol. 32, no. 4. - P. 748-759. DOI
22. Шадрин В.В. Восстановление механических свойств резин в результате термостатирования // ВМС. Серия Б. - 2005. - Т. 47, № 7. - C. 1237-1240.
23. Шадрин В.В., Корнев Ю.В., Гамлицкий Ю.А. Изменение свойств резины в результате модификации поверхности частиц углеродного наполнителя // Механика композиционных материалов и конструкций. - 2009. - Т. 15, № 3. - С. 401-410.
24. Ogden R.W. Non-linear elastic deformations. New York: Dover Publications, 1998.
25. Mullins L. Engineering with rubber // Rubber Chem. Technol. - 1986. - Vol. 59, no. 3. - P. 69-83. DOI
26. Diani J., Fayolle B., Gilormini P. A review on the Mullins effect // Eur. Polym. J. - 2009. - Vol. 45, no. 3. - P. 601-612. DOI
27. Ogden R.W., Roxburgh D.G. A pseudo-elastic model for the Mullins effect in filled rubber // P. Roy. Soc. Lond. A Mat. - 1999. - Vol. 455. - P. 2861-2877. DOI

Загрузки

Опубликован

2016-09-30

Выпуск

Раздел

Статьи

Как цитировать

Соколов, А. К., Свистков, А. Л., Комар, Л. А., Шадрин, В. В., & Терпугов, В. Н. (2016). Проявление эффекта размягчения материала в изменении напряженно-деформированного состояния шины. Вычислительная механика сплошных сред, 9(3), 358-365. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2016.9.3.29