Многоспицевая безвоздушная шина из композита: тепловое состояние

Abstract

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 термонапряженное состояние и ведет к деградации материала. Рациональным решением данного вопроса является использование современных расчетных методов вместе с применением композитных материалов, обладающих малым внутренним гистерезисным демпфированием. Рассеянная энергия деформирования, представляющая собой площадь петли гистерезиса, 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 и 90 км/ч. Результаты проведенной работы позволяют считать предложенную многоспицевую конструкцию безвоздушной шины вполне работоспособной, обладающей низким тепловыделением и возможностью применения в гражданских и военных транспортных средствах, в целях повышения надежности и снижения инфракрасной заметности. Analysis of the steady-state thermal composite spokes airless tires is presented in this paper. Heating spokes at high speeds – one of the main disadvantages of airless tire, which occurs due to the presence of internal friction in the material, absorbs some of the energy of deformation. Increased temperature tire material has a significant influence on its performance, as it reduces the mechanical properties of materials, creates an additional thermo-stressed state and leads to degradation of the material. The rational solution to this problem is the use of modern computational methods together with application of composite materials having low internal hysteretic damping. Dissipated energy of deformation, which is the area of the hysteresis loop is determined by the material viscoelastic properties and deformation under load. Viscoelastic properties, requiredto calculate the thermal state of fiberglass, were determined experimentally on a dynamic mechanical analyzer DMA 242 C (NETZSCH). Spoke deformation are determined based on static strength, for a complete model, which taking into account the nuances of the proposed design. The obtained data were used to calculate the internal heating of the tire spokes while moving at two speeds: 5 and 90 km/h. The results of this work suggest the proposed workable multispoke construction airless tires, having low self-heating and the possibility of use in civilian and military vehicles, in order to increase reliability and reduce the infrared signature.