Расчет критической скорости качения автомобильной радиальной шины методом конечных элементов

В автомобильной технике шина является элементом, обеспечивающим сцепление колес с дорогой и передачу тягово-тормозных усилий. Известно, что при достижении определенной скорости характер стационарного качения автомобильной шины изменяется. В частности, в зоне контакта образуется волна, скорость распространения которой совпадает со скоростью качения колеса, что вызывает резкое увеличение потерь на качение в шине, ее перегрев и последующее разрушение. Описан численный метод, основанный на методе конечных элементов, позволяющий из решения обобщенной задачи на собственные значения не только получать критическую скорость, связанную с колебаниями беговой дорожки и быстрым разрушением шины, но и находить скорости, меньшие критической, при которых происходит возникновение колебаний в боковине. При таких скоростях шина не разрушается, однако данный режим колебаний также является нежелательным, поскольку приводит к нагреву шины и снижению ее долговечности.

Литература

[1] Бухин Б.Л. Введение в механику пневматических шин. Москва, Химия, 1988. 223 с.

[2] Gardner E.R., Worswick T. Behaviour of tyres at high speed. Trans. I.R.I., 1951, vol. 27, pp. 127–146.

[3] Бидерман В.Л., Бухин Б.Л. Расчет критической скорости качения пневматической шины. Известия АН ССС. ОТН. Механика и машиностроение, 1961, № 1, с. 52–57.

[4] Бидерман В.Л. Расчет резино-металлических и резинокордных элементов машин. Дисс. … д-ра техн. наук. Москва, НИИШП, 1958. 372 с.

[5] Бидерман В.Л. К расчету критической скорости качения пневматической шины. Труды НИИШП, 1957, № 3, с. 64–75.

[6] Padovan J. On viscoelasticity and standing waves in tires. Tire Sci. Technol., 1976, vol. 4, no. 4, pp. 233–246, doi: https://doi.org/10.2346/1.2167224

[7] Soedel W. On the dynamic response of rolling tires according to thin shell approximations. J. Sound Vib., 1975, vol. 41, no. 2, pp. 233–246, doi: https://doi.org/10.1016/S0022-460X(75)80099-X

[8] Белкин А.Е., Одинцов О.А. Численное решение геометрически нелинейной задачи контакта автомобильной шины с твердой опорной поверхностью. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2007, № 1, с. 20–35.

[9] Sun P.F., Huang H.W., Zhou T.H. et al. Experiment and analysis of cord stress on high-speed radial tire standing waves. Shock Vib., 2019, vol. 2019, art. 3607670, doi: https://doi.org/10.1155/2019/3607670

[10] Белкин А.Е., Нарcкая Н.Л., Одинцов О.А. Нелинейные контактные задачи стационарного качения автомобильной шины. Математическое моделирование в механике деформируемых тел и конструкций. Методы граничных и конечных элементов. Труды XXII Межд. конф. Санкт-Петербург, Моринтех, 2007, с. 57–62.

[11] Brockman R.A., Champion J.H., Medzorian J.P. Finite element analysis of tire critical speeds. Comput. Struct., 1992, vol. 43, no. 3, pp. 581–593, doi: https://doi.org/10.1016/0045-7949(92)90290-G

[12] Белкин А.Е. Разработка системы моделей и методов расчета напряженно-деформированного и теплового состояний автомобильных радиальных шин. Дисс. … д-ра тех. наук. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998. 284 с.

[13] Белкин А.Е., Нарская Н.Л. Численный анализ деформаций автомобильной шины при стационарном качении. В: Проблемы прикладной механики, динамики и прочности машин. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005, с. 71–89.

[14] Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. Москва, Мир, 1975. 541 с.

[15] Одинцов О.А. Разработка математической модели радиальной цельнометаллокордной шины с учетом гиперупругих свойств резины. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2013, № 3, с. 11–27.