Вязовиченко Ю. А. Термо-напружений стан в’язкопружних гумокордних елементів конструкцій з урахуванням розсіювання енергії при циклічному деформуванні

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.09 - динаміка та міцність машин. - Національний технічний університет, «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2021. Дисертація присвячена вирішенню прикладної проблеми розвитку обчислювальних підходів до вивчення особливостей теплових та деформаційних процесів, що супроводжують роботу в'язкопружних матеріалів в машинобудівних елементах з армованими гумовими композитами. Об'єктом дослідження є процеси формування термо-напруженого стану в гумокордних елементах машинобудівних конструкцій, що працюють в умовах циклічної деформації з урахуванням розсіювання енергії. Основні теоретичні положення дисертації сформульовані в рамках фундаментальних теорій пружності та в'язкопружності, теплопровідності та термопружності. Оцінка деформованого та напруженого станів була проведена в рамках інструментів комп'ютерного 3d-моделювання з використанням методу скінченних елементів (МСЕ). Багатошарова структура складених елементів моделювалась явно. Запропоновано уніфікований методологічний підхід до розрахункового моделювання термо-напруженого стану, яке обумовлене та супроводжується накопиченням тепла внаслідок розсіювання енергії при циклічному деформуванні в'язкопружних гумокордних елементів машинобудівних конструкцій. Підхід дозволяє визначити неоднорідний розподіл температурного поля в елементах конструкцій зумовлений циклами експлуатаційних навантажень, а також, вплив цих теплових процесів на напружений і деформований стан конструкцій. Проведено комплекс експериментальних випробувань з циклічного деформування односпрямованих гумоподібних композитів армованих текстильним кордом. В’язкопружні характеристики цього матеріалу та показники тепловиділення, необхідні для застосування обчислювального підходу у прикладних дослідженнях, були експериментально знайдені. Встановлена значна амплітудна залежність модуля втрат та часу релаксації під час циклічного деформування досліджуваного матеріалу. Визначено швидкість стабілізації температури та величину самонагрівання в залежності від частоти та амплітуди циклічної деформації матеріалів. Розроблено спеціальну процедуру та програмне забезпечення для ідентифікації в'язкопружних та дисипативних параметрів матеріалу на основі чисельного моделювання температурного стану циклічно деформованих зразків та експериментальних спостережень. Процедура полягає у пошуку параметрів матеріалу шляхом мінімізації похибки різниці модельованої та експериментально спостережуваної температури самонагрівання методом стохастичної оптимізації. Застосування цього підходу дозволило виявити параметри в'язкості параметрів матеріалу. На основі результатів критичне порівняння обсягу енергії, що виділяється в петлях гістерезису, теоретично розраховане за моделлю з ідентифікованими даними температури самонагрівання в різних умовах навантаження до незалежних експериментальних вимірювань, показало їх задовільну збіжність та обґрунтувало основну методологічну гіпотезу даної робота. Вирішено прикладну інженерну задачу розрахунку термо-напруженого стану пневматичної шини на основі розробленого в дослідженні обчислювального підходу та знайдених експериментальних даних. Створено низку тривимірних СЕ-моделей пневматичних шин, які дозволяють визначати її тепловий та напружений стани, що утворилися в процесі експлуатації. Були створені тривимірні моделі з урахуванням багатошарової структури, криволінійних ортотропних властивостей, геометричної та фізичної нелінійності в рамках підходу субмоделювання. Визначено деформований стану пневматичних шин в залежності від різних умов навантаження, а також від температурного поля, яке утворюється. Досліджено вплив теплового поля на деформований стан пневматичної шини. Отримані в дисертації результати впроваджені у практику проектно-конструкторських, дослідно-конструкторських робіт ВАТ "ROSAVA TIRERS" (шинобудівна та виробнича компанія) та в навчальний процес НТУ "ХПІ".