Многоспицевая безвоздушная шина из композита: тепловое состояние

Руслан Рамильевич Абдрахимов, Анастасия Валерьевна Игнатова, Сергей Борисович Сапожников

Аннотация


В работе представлен анализ установившегося теплового состояния композитных спиц
безвоздушного колеса(шины) при движении. Нагрев спиц на высоких скоростях движения–
один из основных недостатков безвоздушных колес, проявляемый вследствие наличия
внутреннего трения в материалах, поглощающего часть энергии деформации. Повышенная
температура материалов колеса оказывает существенное влияние на его работоспособность,
так как снижает механические свойства материалов, создает дополнительное термонапря-женное состояние и ведет к деградации материала. Рациональным решением данного во-проса является использование современных расчетных методов вместе с применением ком-позитных материалов, обладающих малым внутренним гистерезисным демпфированием.
Рассеянная энергия деформирования, представляющая собой площадь петли гистере-зиса, определяется вязкоупругими свойствами материала и деформациями при нагруже-нии. Необходимые для расчета теплового состояния вязкоупругие свойства стеклопластика
были определены экспериментальным путем на динамическом механическом анализаторе
DMA 242 C (NETZSCH). Деформации спиц колеса определены из расчета на статическую
прочность, с учетом нюансов предложенной конструкции.
Полученные данные были использованы для расчета внутреннего нагрева спиц колеса
при движении на двух скоростях: 5 и90 км/ч.
Результаты проведенной работы позволяют считать предложенную многоспицевую
конструкцию безвоздушной шины вполне работоспособной, обладающей низким тепло-выделением и возможностью применения в гражданских и военных транспортных средствах, в целях повышения надежности и снижения инфракрасной заметности.


Ключевые слова


безвоздушная шина; стеклопластик; гистерезисные потери; само-разогрев

Полный текст:

PDF

Литература


Bras B., Cobert A. Life-Cycle Environmental Impact of Michelin Tweel ® Tire for Passenger Vehicles. SAE International Journal of Passenger Cars – Mechanical Systems, 2011, vol. 4, №1, pp. 32–43.

Veeramurthy M., Ju J., Thompson L.L., SummersJ.D. Optimisation of Geometry and material Properties of a Non-Pneumatic Tyre for Reducing Rolling Resistance. International Journal of Vehicle Design, 2014, vol. 66, №2, pp. 193–216.

Ju J., Veeramurthy M., Summers J.D., Thompson L.L. Rolling Resistance of a Nonpneumatic Tire Having a Porous Elastomer Composite Shear Band. Tire Science and Technology, 2013, vol. 41, №3, pp. 154–173.

Evzovich V.E. Avtomobil'nye shiny, diski i obod'ya[Car Tires, Wheels and Rims]. Moscow, Avtopolis-plyus, 2010. 144 p.

Walter J.D., Conant F.S. Energy Losses in Tires. Tire Science and Technology, 1974, vol. 2, pp. 235–260.

Clark S.K. Rolling Resistance of Pneumatic Tires. Tire Science and Technology, 1978, vol. 6, №3, pp. 163–175.

Perepechko I.I. Vvedenie v fiziku polimerov[Introduction to Polymer Physics]. Moscow, Khimiya, 1978. 312 p.

Ward I.M., Sweeney J. Mechanical Properties of Solid Polymers. John Wiley & Sons, 2012. 480 p.

Sokolov S. Analysis of the Heat State ofPneumatic Tires By the Finite Element Method. Journal of Machinery Manufacture and Reliability, 2009, vol. 38, №3, pp. 310–314.

Bezgam S. Design and Analysis of Alternating Spoke Pair Concepts for a Non-Pneumatic Tire with Reduced Vibration at High Speed Rolling. Thesis, Clemson University, 2009, vol. 12, 94 p.

Rutherford W. Use of Orthogonal Arrays For Efficient Evaluation of Geometric Designs for Reducing Vibration of a Non-Pneumatic Wheel During High-Speed Rolling. Thesis, Clemson University, 2008, vol. 8, 133 p.

Manga K.K. Computational Method for Solving Spoke Dynamics on High Speed Rolling Tweel™. Thesis, Clemson University, 2008, vol. 5, 106 p.

Babakin A.N. [Improving the Survivability of Military Vehicles with the Use of Protected Tires]. Materialy mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii AAI “Avtomobile- i traktorostroenie v Rossii: prioritety razvitiya i podgotovka kadrov”, MGTU “MAMI”[Proceedings of the international scientific-technical conference AAI “Automobile and Tractor in Russia: Development Priorities and training”, MSTU “MAMI”], 2010, p. 22–28. (in Russ.)

Eremin G.P., Kartashov A.B., Smirnov A.A. [Experimental Study of the Thermal Loading of Safe Wheels]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Mashinostroenie. Transportnoe i energeticheskoe mashinostroenie, 2015, vol. 4, №661, p. 49–56. (in Russ.)

Namjoo M., Golbakhshi H., Momeni-Khabisi H. An Experimentally Validated FE Analysis for Transient Thermal Behavior of the Rolling Tire. International Journal of Automotive Engineering, 2016, vol. 6, №3, pp. 2111–2120.

Lin Y.-J., Hwang S.-J. Temperature Prediction of Rolling Tires by Computer Simulation. Mathematics and Computers in Simulation, 2014, vol. 67, pp. 235–249.

Eremin G.P., Kartashov A.B. Teoreticheskaya otsenka rabotosposobnosti perspektivnykh konstruktsiy nepnevmaticheskikh shin[Theoretical Estimation of Efficiency Perspective Constructions of

Non-Pneumatic Tire]. Inzhenernyy zhurnal: nauka i innovatsii, 2012, №10 (10).

Yoo S., Uddin Md S., Heo H., Ju J., D. Kim M., Choi S.-J. Deformation and Heat Generation in a Nonpneumatic Tire with Lattice Spokes. SAE Technical Papers, 2015, pp. 1–10.

Rao K.N., Kumar R.K., Bohara P. A Sensitivity Analysis of Design Attributes and Operating Conditions on Tyre Operating Temperatures and Rolling Resistance Using Finite Element Analysis. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 2006, vol. 220, №5, p. 501–517.

Narasimha Rao K.V., Krishna kumar R., Bohara P.C., Mukhopadhyay R. A Finite Element Algorithm for the Prediction of Steady – State Temperatures of Rolling Tires. Tire Science and Technology, 2006, vol. 34, №3, p. 195–214.

Kukhling K. Spravochnik po fizike [Handbook of Physics]. Moscow, Mir, 1985. 520 p.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.