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.