Нелинейная механика гиперупругих сред для построения определяющих соотношений резин в произвольном сложном напряженно-деформированном состоянии

Важной проблемой является построение определяющих соотношений для описания термовязкоупругих свойств наполненных резин. Необходимость этого этапа в общей задаче усиления диктуется требованиями анализа влияния нанонаполнителей, например, на величину гистерезисных потерь при качении в условиях нагружения, соответствующих эксплуатационным. Этим мы переходим от достаточно фундаментальных моделей и методов исследования эластомерных нанокомпозитов к описанию тех свойств, которые определяют эффективность применения данного материала в реальных изделиях.

Новизна в том, что впервые определяющие соотношения для резины записываются в виде, учитывающем существенную нелинейность в области малых деформаций до 10–20%, т.е. в той области, где и работает материал пневматических шин. Кроме того, параметры этих определяющих соотношений находятся из лабораторных экспериментов, в которых на резиновом образце воспроизводится то напряженно-деформированное состояние (НДС), которое реализуется в пневматической шине в процессе эксплуатации.

Построенные определяющие соотношения предназначены для использования в конструкторских пакетах программ с применением метода конечных элементов.

Усталостные испытания резин и резинокордных композитов в условиях нагружения, воспроизводящих реальные условия различных деталей шин и РТИ

Завершающим этапом описанного комплекса исследований является прогнозирование работоспособности резинотехнических изделий и шин. Применяемый для классических линейных материалов критерий запаса прочности (или другой аналогичный критерий) для резин работает неудовлетворительно. Здесь приходится опираться на результаты усталостных испытаний, представленных в виде кривых Веллера. Принципиальное отличие нашего подхода в том, что мы проводим усталостные испытания в сложном НДС, характерном для исследуемой детали пневматической шины или РТИ. Проведенные исследования показали, что работоспособность существенно зависит от вида НДС, т.е. от тензора деформации резины между нитями корда (если говорить о резинокордных деталях).

Изложенная методология исследования и создания эластомерных нанокомпозитов является внутренне связанной и позволяет утверждать, что на этом пути в ближайшее время будут созданы резины с новыми перспективными видами активных нанонаполнителей с улучшенным комплексом эксплуатационных характеристик.

Юрий Яновский,
Институт прикладной механики РАН
Юрий Гамлицкий,
ООО "Научно-технический центр "НИИШП"

По материалам «Химия и бизнес»