Анализ работы полиуретанового амортизатора тоннельного типа в условиях ударного нагружения

Представлены результаты стендовых ударных испытаний полиуретанового амортизатора тоннельного типа, предназначенного для применения в сложных динамических системах. По показаниям датчиков перегрузки и перемещений определены ударные силовые характеристики амортизатора, по которому наносился вертикальный удар падающей тяжелой плитой на стенде специальной конструкции. Процесс деформирования амортизатора фиксировался с помощью высокоскоростной киносъемки. Приведены кадры, дающие наглядное представление о его деформировании. Для разработки достоверной математической модели амортизатора выполнены его расчеты при ударном нагружении методом конечных элементов в программном комплексе ANSYS с использованием экспериментально полученных характеристик полиуретана. Сопоставление расчетных и экспериментальных результатов проведено по нагрузочным характеристикам амортизатора, а также по значениям энергии, накопленной и поглощенной амортизатором при ударе. Показано, что разработанная математическая модель позволяет рассчитывать ударные характеристики амортизатора в рассмотренном диапазоне скоростей деформаций. Модель может быть использована при проектировании для поиска геометрических параметров амортизаторов, обеспечивающих требуемые нагрузочные характеристики.

Литература

[1] Bergström J.S., Boyce M.C. Constitutive Modeling of the Large Strain Time-Dependent Behavior of Elastomers. Journal of Mechanic Physics Solids, 1998, vol. 46, is. 5, pp. 931–954.

[2] Bergström J.S., Boyce M.C. Mechanical behavior of particle filled elastomers. Rubber Chemistry and Technology, 1999, vol. 72, is. 4, pp. 633–656.

[3] Bergström J. Mechanics of Solid Polymers. Theory and Computational Modeling. Elsevier, 2015. 509 p.

[4] Quintavalla S.J., Johnson S.H. Extension of the Bergström-Boyce model to high strain rates. Rubber Chemistry and Technology, 2004, vol. 77, is. 5, pp. 972–981.

[5] Qi H.J., Boyce M.C. Stress-Strain Behavior of Thermoplastic Polyurethane. Mechanics of Materials, 2005, vol. 37, is. 8, pp. 817–839.

[6] Белкин А.Е., Даштиев И.З., Семенов В.К. Математическая модель вязкоупругого поведения полиуретана при сжатии с умеренно высокими скоростями деформирования. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2014, № 6, с. 44–58.

[7] Белкин А.Е., Даштиев И.З., Лонкин Б.В. Моделирование вязкоупругости полиуретана при умеренно высоких скоростях деформирования. Математическое моделирование и численные методы, 2014, № 3, с. 39–54.

[8] Arruda E.M., Boyce M.C. A Three-dimensional Constitutive Model for the Large Stretch Behavior of Rubber Elastic Materials. Journal of Mechanic Physics Solids, 1993, vol. 41, is. 2, pp. 389–412.

[9] Голованов А.И., Султанов Л.У. Математические модели вычислительной нелинейной механики деформируемых тел. Казань, Изд-во Казанского государственного университета, 2009. 465 с.

[10] Cohen A. A Padé approximant to the inverse Langevin function. Rheologica Acta, 1991, vol. 30, is. 3, pp. 270–273.