各种因素对动态热机械分析结果的影响

通过对尼龙6和UHMWPE/HDPE共混物的动态热机械分析,研究了样品厚度及目标振幅、动态力、静态力等参数的设定对测试结果的影响。结果表明样品厚度大小,目标振幅与动态力、静态力是否匹配,测试频率和升温速率是否合适都对测试结果有很大影响。     

空心圆柱形金属橡胶非成型向阻尼特性理论研究及参数识别

金属橡胶因其优异的性能被广泛用于解决工程中的振动问题,而目前对金属橡胶非成型方向的研究较少。制备了2.5 g/cm^3,3.0 g/cm^3,3.2 g/cm^3,3.5 g/cm^3四种密度的金属橡胶,通过材料试验机对其进行1~4 Hz的正弦加载试验,获得了力-位移曲线。分析了成型方向和非成型方向动态压缩机理,以等效损耗因子为评价指标分析了加载频率和密度对其阻尼特性的影响,用参数分离法建立了非成型方向的阻尼模型,用最小二乘法进行了参数识别。结果表明金属橡胶具有各向异性,不同频率下,金属橡胶非成型向的损耗因子相差较小,随着金属橡胶密度的增加,损耗因子呈下降趋势,相较于成型方向,非成型方向具有更大的动态刚度,其阻尼性能在低频段受频率变化影响小,受密度影响大。     

新型阻尼橡胶圈的动态特性测试

利用基础激振、共振质量法设计了专用的实验系统,对新型阻尼橡胶的动态特性进行了测试,获得了阻尼橡胶刚度系数、阻尼系数以及损耗因子等特征参数值,并分析了特征参数与使用频率之间的对应关系.     

基于超弹性、分数导数和摩擦模型的碳黑填充橡胶隔振器动态建模

碳黑填充橡胶隔振器（以下简称＂橡胶隔振器＂）的动态特性与预载、激振频率和激振振幅相关。实验测试了一橡胶隔振器的动态特性,建立了基于超弹性、分数导数和摩擦模型的橡胶隔振器动态特性的非线性模型,其中超弹性模型用于描述橡胶隔振器的弹性,分数导数模型用于表征橡胶隔振器动态特性的激振频率相关性,摩擦模型用于表征橡胶隔振器动态特性与激振振幅相关的特性,文中论述了建模方法和参数辨识方法。有限元分析获得橡胶隔振器的静态力-位移曲线,利用测试得到的橡胶隔振器在大振幅、低频激励下的力-位移关系,拟合得到橡胶隔振器动态模型中摩擦模型的参数,利用测试得到的橡胶隔振器在小振幅、高频激励下的力-位移关系,拟合得到橡胶隔振器动态模型中分数导数模型的参数。利用建立的模型和拟合得到的参数计算分析了橡胶隔振器动态特性的振幅相关性、频率相关性和预载相关性,并与实验结果进行了对比分析。分析结果表明,建立的模型可以较好的描述橡胶隔振器的动态特性。     

减振橡胶疲劳黏滞生热的仿真分析

由于良好的超弹性和阻尼特性,橡胶作为减振材料已得到广泛应用。在循环载荷作用下,材料的黏滞损耗以热形式耗散,引起材料自热升温,进而影响材料的动态黏弹特性,这是一种热力耦合效应。采用一种修正的Kraus模型描述橡胶材料动态损耗模量随温度、载荷频率和应变幅值的变化规律,同时,依黏弹性理论给出循环受载橡胶的黏滞生热率,并编制相应的计算程序。通过Abaqus有限元软件的变形分析、热分析以及热力耦合迭代计算,模拟橡胶圆柱试样和橡胶沙漏减振弹簧的疲劳黏滞生热规律,得到了不同载荷频率和应变幅值下的温度场及自热温升的时间历程曲线,计算结果与试验测量值吻合良好。     

减震器橡胶连接件的动态特性实验研究以及参数识别

麦弗逊悬架中,为了提高乘坐舒适性,减震器和车体之间采用橡胶 钢零件作为弹性连接.为了更好地研究此橡胶连接件对汽车悬架垂向动态特性的影响,对其垂向动态特性进行实验研究.根据其在汽车中的实际使用情况,在MTS 810万能材料试验机上对其动态特性进行了测试.汽车在行驶过程中的频率范围多在1～12 Hz之间,因此将动态测试实验的频率范围设置在相同的频率范围内.在实验的基础上,基于双折线恢复力的迟滞回线模型,建立了橡胶连接件的动态数学模型,将其迟滞回线分解为一次弹性恢复力、三次弹性恢复力、线性阻尼力和双折线恢复力,并对建立的恢复力模型中的参数分批进行识别,提高了弱参数项的识别精度.通过与实验曲线对比,仿真得到的模型曲线与实际测试曲线吻合得较好,尤其对于阻尼力相对较小的系统,满足实际工程计算的要求,为研究橡胶对悬架动力学的影响奠定了良好的基础.     

考虑温度效应的橡胶混凝土阻尼耗能性能试验研究

为探讨橡胶混凝土材料的阻尼耗能性能,在常温和低温条件下,橡胶粒径为20目、四种橡胶掺量的混凝土棱柱体试块进行轴向压-压滞回试验,得到了橡胶混凝土材料力-位移滞回曲线,据此分析橡胶混凝土材料阻尼耗能性能的变化规律。结果表明,低温作用后,橡胶混凝土材料压-压滞回曲线趋于饱满,耗能性能明显增大;加载力幅值水平越大,橡胶混凝土的阻尼损耗因子越大,低温下的提高幅度小于常温情况;随着橡胶掺量的增加,橡胶混凝土在低温下的滞回总耗能增长速率高于常温情况;橡胶掺量越大,其阻尼损耗因子提高的速率越显著。     

基于分数阶黏弹性模型的混凝土阻尼频率相关性研究

阻尼作为反映耗能特征的参数,对动态荷载下结构响应有重要影响。针对强迫振动条件下循环荷载形式对混凝土材料阻尼的影响,结合普通混凝土试验数据并收集152组文献测试结果,详细分析了混凝土材料阻尼与荷载频率的相关性。发现在低频范围时(<3.0 Hz),混凝土材料阻尼均随荷载频率增大呈非线性降低,与经典整数阶黏弹性模型计算规律不符。基于分数阶微积分理论对经典整数阶模型的导数阶数进行改进(0<导数阶数<1),发现修正后分数阶模型能够更好反映混凝土材料阻尼与循环荷载频率在低频时的非正相关性,导数阶数小于0.12,表明混凝土呈现弱黏弹性效应,为混凝土动态性能分析提供一种新的模型选择和参数参考。     

高阻尼橡胶的动态振动疲劳性能

介绍了利用DMA＋450动态机械分析仪测试高阻尼橡胶动态振动疲劳性能的方法。结果表明：利用DMA＋450动态机械分析仪测试高阻尼橡胶材料的振动疲劳性能可以采用两种方式表征,即滞后圈图和X-Y轴曲线,其中滞后圈图表征方式直观、清晰,有利于科研人员的分析;本试验中的高阻尼橡胶受温度影响较大,当温度高于40℃时,其疲劳过程会明显加速;该高阻尼橡胶的初始刚度较大,表现为弹性性能,微米量级的小振幅对其疲劳性影响较小,适用于在振幅不大、频率一定的条件下工作。     

金属橡胶/碟簧叠层复合结构阻尼特性及其非对称迟滞模型参数识别

针对碟簧(disc springs, DS)、橡胶–碟簧等结构的阻尼性能差以及抗高温等恶劣环境能力弱,采用正弦力激励法对添加弹性阻尼金属橡胶(entangled metallic wire material, EMWM)后的叠层复合结构进行试验研究。以耗能量、损耗因子和动态平均刚度为评价指标,分析了不同激励条件和不同金属橡胶密度对金属橡胶/碟簧叠层复合结构阻尼性能的影响。基于迹法等效阻尼模型,考虑弹性恢复力和阻尼力随变形幅值、频率的变化规律,用参数分解识别法建立该复合结构在一定载荷下的非对称迟滞模型。结果表明,预测的滞回曲线与实测曲线吻合度高,参数识别精度能够满足工程应用的要求。     

A Critical Assessment of Experimental Methods for Determining the Dynamic Mechanical Characteristics of Shape Memory Polymers

Experimental study of temperature‐ and frequency‐dependent properties of the commercially available shape memory polymer Tecoflex? EG 72D (TFX) (Lubrizol, USA) using dynamic mechanical analysis (DMA) technique is presented. Temperature scan DMA tests have been carried out in three distinct deformation modes, uniaxial tension, three‐point bending, and simple torsion, using two different testing rigs at different test parameters (frequency, strain amplitude, and heating rate) in temperatures ranging from below to above the glass transition temperature. The influence of different test parameters and some discrepancies in the temperature‐dependent storage and loss moduli (and hence the loss factor) measured by DMA in different deformation modes are discussed.     

碳纤维/双马树脂预浸料固化过程动态力学性能

采用动态力学分析法（DMA）对碳纤维/双马树脂预浸料恒温、升温过程中动态力学性能的变化进行了研究, 结合DSC、偏光显微镜确定了碳纤维/双马树脂预浸料的软化、熔融、凝胶、玻璃化转变及反应始终点的表征方法, 考察了预浸料各转变点随升温速率、温度、频率的变化规律以及预浸料的反应规律。结果表明, DMA能很好地表征碳纤维/双马树脂预浸料加热固化中的多种物理化学转变。由于双马树脂基体在180 ℃以上的反应机制与在180 ℃以下的不同, 这2个温度范围内碳纤维/双马树脂预浸料恒温固化终点的反应程度、力学转变率随恒温温度的变化规律不同。      

磁流变弹性体力学性能测量系统的建立

磁流变弹性体的性能参数很多.其中磁流变弹性体的磁控性能部分是这种材料的主要参数.然而现在国际上对磁流变弹性体的力学性能的测量缺乏标准性.不同的测试系统得到的结果差别也很大.本文建立了一套磁流变弹性体力学性能的测试系统.使用了经过改造的,可以实现力磁耦合的DMA动态测试系统和自制的动态力学性能测试系统,能够全面分析磁流变弹性体的磁致动态力学性能;改造了具备力磁耦合功能的电子拉力机,可以测试磁流变弹性体在不同磁场强度和应变率情况下的准静态模量;并建立了传统的标准橡胶测试手段,可以对磁流变弹性体的强度、硬度、抗疲劳性和回弹性等多项机械性能进行较为完整的测量.这一系列测试系统的建立,为磁流变弹性体的性能测试提供了较为全面的评估体系,为磁流变弹性体的性能突破和实用化研究打下了基础.     

About the measurement of dynamic mechanical properties of bi-layer systems

The bi-layer system has been well developed for many engineering structural components in the aircraft, automotive, microelectronics and modern space industries in the last few decades. Consequently, a good determination of its dynamic mechanical properties is important for an appropriate design of its industrial application. These studies are usually performed by a three-point bending test using a dynamic mechanical analyzer (DMA). In this work, we show that the three points bending test on a bi-layer system carried out with the test tool provided in a commercial DMA, for example the dynamic mechanical thermal analyzer (DMTA) Rheometric IV, can lead to erroneous results. Measurements on polymer-hard substrate bi-layer systems around the glass transition temperature of the polymer, T_g, give larger changes in elastic modulus and loss tangent than they are. This problem is not observed at temperatures lower than T_g. The design of new test tool and specimen geometry for the three points bending test is shown together with its application to the measurement of the dynamic elastic properties of a polyvinyl chloride (PVC)–aluminum bi-layer system.     

Dynamic mechanical behavior of nickel-based superalloy metal rubber

The work describes the manufacturing and dynamic characterization of nickel wire-based metal rubber (MR) solids. The storage modulus and the loss factor of the nickel MR samples are measured over a frequency range between 0.1 Hz and 200 Hz, and at different levels of dynamic force and strain using a dynamic mechanical analyzer (DMA) technique. A sensitivity analysis about the effect of different static and dynamic testing parameters is initially carried out to identify suitable testing protocols for this metal porous material. DMA testing is then carried out over three different batches of samples (5 specimens each) with variable relative densities to identify the correlation between storage modulus and loss factors with frequency and dynamic force and strain levels. The results are discussed using a mechanical theoretical model relating the mechanical properties of MR solids to the contact states of the wire composing the microstructure. A comparison with analogous results obtained from cyclic tests at 1 Hz from a conventional tensile machine is also performed. The results from this benchmark highlight the necessity to use dynamic-based testing protocols to efficiently implement nickel-based metal rubber for vibration damping and energy absorption designs and applications.     

Investigations on the frequency and temperature effects on mechanical properties of a shape memory polymer (Veriflex)

This study proposes a comparison between three identification methods of the mechanical properties of a shape memory polymer (Veriflex®): quasi-static tensile tests, tensile dynamic mechanical analysis (DMA) and modal tests. The Young’s modulus and the Poisson’s ratio are determined at ambient temperature using the first technique. The DMA is used to determine the evolution of the viscoelastic properties versus the temperature and the frequency under harmonic loading. The modal analysis is used to identify the viscoelastic properties of the material at higher frequencies. The purpose of this study is to check the validity of the time–temperature equivalence for the Veriflex® obtained from the DMA measurements. It is shown that the viscoelastic properties predicted through the master curve are consistent with the measurements collected using quasi-static and modal test. The aging effect on SMP properties is also quantified.     

CAP-PCL共混合金的结构与性能

采用溶液共混的方法制备了一系列聚己内酯(PCL)与醋酸丙酸纤维素(CAP)的共混薄膜。DMA显示共混物中二者的玻璃化转变温度互相靠近,表明二者之间有一定的相容性。X射线衍射表明,CAP对PCL的结晶有一定的抑制作用,但对其特征晶体结构并无改变。透射电镜下可发现共混物中CAP的相区尺寸减小,形态及排列均未受影响。热重分析表明PCL的加入改善了混合物的热解稳定性。拉伸试验说明与PCL的共混可以在不过多降低拉伸强度的情况下大幅提高断裂伸长率。     

聚碳酸酯/聚萘二甲酸乙二醇酯复合物拉伸应变硬化的形成

为提高聚碳酸酯(PC)的力学性能,用不同比例的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)与其共混,并选用乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规三元共聚物(E-MA-GMA)作为增容剂组成不同的PC/PEN共混体系。文中对不同PC/PEN复合物的拉伸应力应变行为进行研究,结果表明,与单纯的PC材料相比,加入PEN能够提高其力学性能,尤其当PEN的质量占比为25%时,其力学性能提高最为明显。同时,其力学性能与组分的相容性密切相关,增容剂的加入能够促进应变硬化的发生,从而促使PC/PEN复合物的断裂强度及断裂伸长率均显著增大。截面形貌、热分析及动态力学分析等研究的结果表明,其力学性能提高可以归因于PC/PEN复合物在拉伸中伴随其应变硬化过程而形成的稳定纤维结构。