基于自动网格法的硅橡胶温度相关的拉伸力学行为

基于自动网格法应变测试技术,在准静态加载条件下对硅橡胶的单向拉伸应力应变行为的温度相关性进行了测试,加载环境温度分别为-50℃,-20℃,20℃和50℃。实验结果表明,采用光学测量技术可以准确地获得试件应变场信息;硅橡胶在中等变形范围内的拉伸力学行为呈现明显的非线性弹性特征,且力学性能具有温度相关性,其模量和定伸长下的应力均随着测试温度的升高而降低。基于体积不可压缩假设,采用修正的超弹性本构模型较好地表征了硅橡胶温度相关的拉伸力学行为。     

橡胶弹簧结构强度分析及参数优化

采用Mooney-Rivlin超弹本构模型,研究锥形橡胶簧结构参数对刚度和最大主应变范围的影响程度,对锥形簧结构参数进行优化。基于正交试验方法,以结构参数大圆弧半径R、凹槽深度h、型面倾角θ和小圆弧半径r为结构强度影响因素,对锥形簧进行仿真试验,试验结果表明,型面倾角θ对橡胶弹簧刚度和最大主应变范围影响最大,各因素对刚度的影响程度依次为θrR=h,对最大主应变范围的影响程度依次为θhrR。基于二阶响应面模型和最优拉丁超立方设计方法,以大圆弧半径R、凹槽深度h、型面倾角θ和小圆弧半径r为设计变量,以弹簧刚度为约束条件,以最大主应变范围为目标函数,建立优化数学模型。采用多岛遗传算法(MIGA)对锥形橡胶弹簧结构参数进行优化,并将优化结果代入仿真模型进行试验验证,刚度和最大主应变范围试验结果与最优解结果的误差分别为1.75%、3.57%,相比原结构最大主应变范围降低19.9%,优化效果较好;试验刚度值与最优解刚度值的误差为4.71%,满足技术要求。     

高应变率下橡胶的时温等效关系及力学形态

以氯丁橡胶(CR)在不同温度(-20℃～50℃),不同应变率(5×10-3/g～3000/s)条件下的应力应变曲线及拟合结果为依据,研究了橡胶在高应变率下粘弹性力学行为的时温等效性,得到了类似WLF方程的移位因子αT公式和归一化应力应变主曲线.并对CR橡胶在不同实验环境中的力学状态进行了分析,高应变率下CR橡胶的玻璃化转变温度接近-21℃,说明高应变率下,CR橡胶的玻璃化温度比<橡胶工业手册>查得的玻璃化温度(-45℃)高.     

动力总成橡胶悬置高温疲劳特性的预测与试验研究

选硬度为45度以及50度的天然填充橡胶(N45及N50)为研究对象,在常温(23℃)、60℃和90℃的环境中,对哑铃形橡胶试片进行单轴拉伸疲劳试验。以工程应变峰值ε为损伤参量,根据哑铃形试片的疲劳试验结果,建立了橡胶材料在三种不同温度环境下的疲劳寿命预测模型。分析了不同温度、高温软化、橡胶材料的硬度对橡胶疲劳寿命的影响。对一动力总成橡胶悬置进行了高温疲劳试验,利用建立的橡胶材料的疲劳寿命模型对其疲劳特性进行了预测,预测得到的寿命与实测寿命的相对误差小于10%,说明本文建立的填充天然橡胶高温疲劳寿命预测模型,可以用于高温环境下工作的橡胶悬置疲劳寿命的预测。     

不同温度下混凝土抗拉疲劳性能试验研究

进行了不同温度下混凝土在等幅重复荷载作用下的抗拉疲劳性能试验研究,分析了不同温度下砼抗拉疲劳强度、刚度、变形规律,建立了相应的疲劳方程及考虑温度影响的统一疲劳方程,并将常温下的砼疲劳性能试验结果同其他研究者的结果作了比较.给出了纵向总应变、割线模量的经验公式,及其第二阶段总应变增长率、割线模量衰减率分别与疲劳寿命的关系式.研究结果,为高温环境下受重复循环荷载作用的砼结构设计和分析提供了试验依据.     

三元乙丙橡胶的热老化行为及其BP神经网络预测

通过对三元乙丙橡胶(EPDM)橡胶在70℃、80℃和90℃3个温度下的高温加速老化实验,测试其拉伸强度,断裂伸长率和压缩永久变形的物性值的保持率。建立了EPDM的热老化时间与其3种物性值之间的热老化行为规律关系。结果表明:以3种物性为基础,利用Arrhenius作图法推算出23℃下EPDM橡胶材料的使用寿命分别为316年、158.5年、78.5年。同时,利用BP神经网络预测EPDM橡胶在3个温度下的热老化行为,预测结果误差分别为10-3、10-4、10-5。     

MPVQ的低温性能研究

为了评定甲基苯基硅橡胶MPVQ(苯基的摩尔分数为5%～15%)耐寒性与其分子聚集态结构变化的关系,测定了MPVQ在低温区(25 ℃～-100 ℃)的拉伸性能,分析了MPVQ的应变诱导结晶和晶态取向行为对MPVQ低温力学性能的影响.结果表明,随着温度的降低,该橡胶的拉伸强度、拉伸模量升高,耐寒性下降;结晶效应和体积收缩效应是影响其低温性能的主要因素.     

一种基于Seth应变张量的超弹性模型

为精确表征橡胶类材料在大变形范围内的力学行为,基于Seth应变张量不变量提出了一种适用于橡胶类材料的不可压缩各向同性超弹性模型。为考察其预测能力,分别利用Treloar经典试验数据和某型炭黑填充橡胶试验数据对该模型、Yeoh模型和二阶多项式模型进行了参数识别。结果表明,在同时使用单轴拉伸和等双轴拉伸试验数据情况下,相较于其他两种常用模型,该模型能够更准确地拟合两种橡胶材料的试验数据,并较好地预测纯剪切(或平面拉伸)试验数据。最后,分别基于前述三种超弹性模型对橡胶衬套进行了静刚度仿真计算和试验验证。结果表明,基于所提出的超弹性模型得到的径向刚度和轴向刚度仿真误差分别为6.61%和9.72%,显著小于基于其他两种模型得到的仿真误差。因此,提出的模型在一定误差范围内能够有效适用于橡胶产品的性能分析。该模型仅含4个材料参数,对不同的橡胶材料有较好地适用性,具有良好的工程应用价值。     

一种基于帘线/橡胶复合材料细观力学的精确建模方法

为研究适应性底座的受压膨胀力学特性,提出了一种基于纤维帘线/橡胶复合材料细观力学的精确建模方法.该方法建立在帘线与橡胶材料参数的准确取值这一基础上,其中橡胶材料采用Mooney-Rivilin本构模型进行描述,通过拉伸试验验证了本构模型的准确性,基于束帘线拉伸试验规律对帘线拉伸模量进行了修正.通过上述方法,对适应性橡胶底座受压膨胀过程进行了数值模拟与试验研究.结果表明:这一精确建模方法能够较好地模拟底座的受压膨胀特性,能够获取底座中帘线与橡胶材料的应力、应变的分布以及二者的变化规律.研究工作为适应性底座的进一步研究和实际应用提供了技术支撑.     

扭摆法和振簧法测量内耗振幅效应的修正公式

传统的内耗测量规范多采用扭摆法和振簧法,并没有涉及内耗随应变振幅变化的情况。为更加准确测量材料在不同应变振幅下的内耗和模量值,该文根据不同内耗测量方法中试样的应力分布情况,从内耗基本定义出发,考虑内耗随应变振幅变化的情况,重新推演扭摆法和振簧法测量内耗和模量的基本方程,获得采用扭摆法和振簧法测量内耗(模量)-振幅曲线的修正公式,为准确测量大应变振幅激发情形下高阻尼材料的内耗和模量提供参考。     

MDYB-3有机玻璃在不同温度不同应变率下的性能

本文对MDYB-3航空有机玻璃在温度从-55℃到120℃,应变率从10-4到2×103/S范围内的力学行为进行了系统研究.低应变率试验在MTS液压伺服试验机上进行,高应变率试验结果由Hopkinson拉、压杆装置获得.通过直接粘接试样于Hopkinson入射杆和透射杆间的方法,有效地获得了不同温度下材料的动态拉伸性能.结果表明:低应变率下MDYB-3的弹性模量和屈服应力随温度的增加而下降,当温度接近玻璃化转变温度时,由于分子链段从"冻结"状态开始向"自由"状态转变使其力学性能趋向于一个定值;当应变率在102/S或以上时,该材料的动态压缩模量在低温时也趋于一个恒定值,但在高温没有类似现象;在动态拉伸试验中观察到了动态压缩中没有发现的塑性流动和应变硬化的现象.结合试验数据,基于已有的模型,建立了一个粘弹性本构模型.     

基于Exp-ln模型与广义黏弹性理论的橡胶本构模型及其应用研究

提出了一种描述橡胶材料不同应变率下力学响应的黏超弹本构模型。首先,利用Instron实验机和SHTB实验装置,开展橡胶材料单轴拉伸实验;其次,结合Exp-ln超弹性本构模型和广义黏弹性方法,建立了橡胶材料黏超弹本构模型;再次,推导本构模型三维增量格式,编写了用户子程序(VUMAT),验证了本构模型的一维和三维有效性;最后,建立橡胶底座冲击附加载荷计算数值模型,并将冲击附加载荷实验与数值仿真进行对比验证。结果表明:单轴拉伸实验与数值解吻合较好,冲击附加载荷实验值与仿真值误差约为7%,验证了黏超弹本构模型的正确性。     

基于单轴拉伸有机硅凝胶超弹性性能参数的确立及结构有限元仿真

为了研究有机硅凝胶的超弹性性能,在?30～30℃的环境温度范围内采用单轴拉伸(UT)实验,对灌封用硅凝胶的力学性能进行表征,获得了硅凝胶在不同温度下的应力-应变曲线.研究发现,硅凝胶初始弹性模量在?30～0℃的范围内与温度正相关,在0～30℃的范围内与温度负相关.随后,据UT实验数据讨论在有限元模拟中植入超弹性本构方程...     

20CrMnTi钢连铸坯柱状晶区的高温力学性能

采用Gleeble-1500D热/力模拟实验机进行拉伸实验,测试20CrMnTi钢650—1050℃温度范围柱状晶区内的应力-应变曲线、高温强度、硬化系数及热塑性,研究了铸坯各高温力学性能参量与取样位置的关系。结果表明,随着距铸坯表面距离的增加,铸坯抗拉强度降低,低温(650℃)下的硬化系数明显增大;750℃时,1#、2#和3#试样的断面收缩率均达到最低,约为60%;取样位置由1#试样变为3#试样时,铸坯裂纹敏感区宽度保持在150℃左右,温度区间整体向低温区移动约17℃。以1#试样为参考,矫直过程中的铸坯表面温度应控制在825℃以上。     

高强高模聚乙烯纤维力学性能的应变率和温度效应

利用MTS810材料试验机、旋转盘式杆-杆型冲击拉伸装置和温度控制箱,在温度20℃~110℃、应变率为0.001/s~700/s范围内,对高强高模聚乙烯纤维束进行了准静态和高应变率冲击拉伸实验,得到了不同温度、不同应变率时纤维束的应力-应变曲线。结果表明:高强高模聚乙烯纤维束的初始弹性模量具有应变率和温度相关的特性,随应变率提高而增加,随温度提高而下降;在常温下,破坏应力从准静态到动态,具有明显的应变率相关性,随应变率提高而增加,但在20℃~110℃范围内、高应变率下,对应变率变化不敏感;失稳应变也具有应变率和温度相关的特性,随应变率提高而减小,随温度提高而增大。在高应变率下,断裂应变能密度主要由初始弹性模量和失稳应变共同决定,受温度效应和应变率效应的综合影响。     

内外因素作用下隔振橡胶材料本构模型的修正方法

橡胶材料是一种性能优良的非金属黏弹性材料,广泛应用于机械和汽车产品的振动噪声控制领域。为了对橡胶产品的力学性能进行分析,有必要在材料试验的基础上,采用合适的本构模型,建立橡胶材料的应力-应变模型并辨析模型参数,从而为进一步的橡胶件有限元仿真和动力学分析提供材料参数。普遍应用的Mooney-Rivlin模型和Yeoh模型等唯象模型无法描述内外部复杂因素,如胶料硬度和环境温度对胶料力学特性的影响。在分析实测胶料应力-应变数据的基础上,分别对传统唯象模型进行修正,引入硬度强化因子和温度软化因子,使得本构关系模型更加完善。在所建立的修正模型基础上,采用非线性最小二乘法对修正模型进行参数辨识,并通过与实测结果对比,验证了所建模型的有效性。     

工业纯钛低温拉伸和循环变形中的孪生行为

在-196℃下对钛进行了拉伸和低周循环变形,观察分析了变形后试样的微观组织.结果表明,工业纯钛在-196℃拉伸变形后,强度比在室温下拉伸变形有了明显的提高,塑性也有明显的增加;在-196℃下循环变形时,循环应力-应变曲线位于-196℃静拉伸应力-应变曲线的上方,显示出明显的循环硬化特征.微观组织观察表明,-196℃拉伸及循环变形试样中存在着大量的孪晶,且孪晶数量随着循环应变幅及循环周次的增加而增加.在工业纯钛-196℃下的拉伸及循环变形中孪生起重要作用.     

隔振橡胶本构建模研究

提出适合描述隔振橡胶在宽频振动时力学行为的本构模型。本构模型包含超弹性和粘弹性两个部分，超弹性部分表征橡胶材料的静态特性；非线性粘弹性部分描述橡胶材料在振动、冲击载荷下的动态响应。基于该本构模型，对橡胶材料在宽应变率范围内进行试验，九个材料参数通过高、低应变率下的试验数据拟合确定。模型预测结果与试验结果是相当吻合的。     

风力发电机弹性支承有限元分析

橡胶材料的非线性力学特性直接影响到风力发电机弹性支承的减振性能。通过橡胶拉伸和压缩实验获得应力-应变数据,借助有限元软件对数据进行拟合,得到橡胶材料恰当的本构模型。依据弹性支承的实际使用工况,选用合理的橡胶材料模型参数,采用整体、四分之一截面和轴对称的三种模型进行计算结果的对比分析。并针对用四分之一模型分析风力发电机弹性支承的非线性垂向、横向刚度和固有频率等特性,通过试验;验证了有限元模型和计算方法的有效性。     

一种描述温度与应变率效应的大应变非线性热粘超弹本构模型

通过橡胶材料在不同温度及应变率下的霍普金森杆冲击试验(SHPB),结合粘弹、超弹理论,建立了一种能反映橡胶材料温度、应变率效应的大应变非线性热粘超弹性本构模型,并开发了相应模型的ABAQUS(VUMAT)软件材料用户子程序。数值模拟很好地再现了橡胶片的SHPB试验,验证了本构模型及材料用户子程序的有效性。