金属橡胶的刚度特性和阻尼试验研究

基于金属橡胶内部微元螺旋卷结构,并以弹簧理论建立其力学模型,分析了在螺旋卷之间不同接触("未接触、滑动、压缩")形式下的刚度公式并解释载荷作用下刚度曲线不同阶段的特性。基于金属橡胶的非线性对阻尼进行计算,通过试验研究金属橡胶构件的密度、厚度对静态刚度曲线不同阶段的影响,及在不同振幅、频率下比阻尼随密度和厚度的变化规律,为金属橡胶的设计及工程应用有重要的指导意义。     

金属橡胶隔振器抗冲击性能研究

对金属橡胶隔振器的冲击性能进行了理论和实验研究。借助于金属橡胶构件的加载曲线和迟滞回线,研究了具有非线性干摩擦阻尼隔冲系统在短冲击和长冲击时的最大响应的计算方法,并借助于Matlab实现了最大冲击响应的逐步积分计算。通过实验研究了构件结构形状和参数、负载质量、冲击加速度等对金属橡胶构件抗冲击性能的影响,对理论方法进行了验证,为工程实践提供了依据。     

动载荷激励下板壳结构加筋自适应成长方法

自适应成长法是基于自然界分支系统形态形成机理的一种高效结构拓扑优化设计方法。通过引入等效静态载荷法理论,运用自适应成长法解决板壳加筋结构在承受动载荷激励下的动态响应拓扑优化设计问题。根据板壳结构所受的动载荷边界条件,构建以动柔度为目标的优化数学模型,推导迭代公式,使板壳结构的加强筋从"种子"开始,沿着使结构最佳力学性能方向成长,从而形成最优加强筋分布形态。研究在简谐载荷和冲击载荷作用下的板壳结构加强筋设计例,并与静态载荷作用下的设计结果进行比较。研究结果表明,板壳结构在动态载荷作用下,其主加强筋布局形态和在静态载荷作用下相同,但在靠近载荷作用点附近出现与主加强筋平行的截面积较小的加强筋,以增加抵抗动态载荷的作用;而冲击载荷作用下的加强筋与一般简谐载荷作用下的加强筋相比,多出一层较复杂的框型筋板抵抗瞬时冲击力。     

基于分数阶微分的金属橡胶迟滞非线性动力学模型

金属橡胶元件的应力应变关系为非线性滞回曲线,现有的金属橡胶动力学模型大多采用多参数、分段函数进行描述,增加了系统的复杂性。通过分析金属橡胶的弹性恢复力和阻尼力的组成,利用分数阶微分能够描述各种材料及过程记忆性的特点,提出一种含有分数阶微分的金属橡胶黏弹性本构模型,在此模型基础上建立了金属橡胶非线性动力学系统模型;通过正弦位移加载实验获取了典型金属橡胶隔振系统在多种激励幅值、频率作用下的恢复力;采用遗传算法对实验数据进行曲线拟合,识别出模型中所有参数;通过分析推导出系统模型中各参数与振幅及频率的函数关系。结果表明,所提出的含分数阶微分项的金属橡胶非线性动力学系统模型,具有连续的数学表达式,能够较准确地反映金属橡胶非线性系统的完整动力学性能,而且与现有金属橡胶动力学系统模型相比,参数较少,结构简单,为金属橡胶动力学系统的研究提供了新的思路。     

热声激励下金属薄壁结构的随机疲劳寿命估算

金属薄壁结构在热声载荷作用下会发生复杂的大挠度非线性响应,结构内部快速变化的复杂应力严重降低了结构的疲劳寿命。在结构热声激振非线性响应分析基础上,采用雨流循环计数法对应力响应时间历程进行疲劳循环计数,通过Morrow TFS,SWT平均应力模型将疲劳循环进行零均值等效处理,结合Miner线性损伤累积理论,计算结构的热声疲劳寿命。以2024-T3型铝合金薄板为研究对象,计算得到了屈曲前后四种温度条件有限带宽高斯白噪声载荷作用下的非线性动态响应,并估算了疲劳寿命。分析结果表明,屈曲前结构的疲劳寿命随着温度升高下降,屈曲后结构持续跳变时的疲劳寿命持续下降直至最低,结构进入间歇跳变区域后疲劳寿命上升,结构热声疲劳寿命与非线性响应特征具有特定的对应关系。     

水下爆炸气泡载荷在加筋板塑性变形中的作用

水下爆炸产生的冲击波载荷和气泡载荷都会对水中结构产生毁伤作用。为研究水下爆炸气泡载荷在加筋板塑性变形挠度中所占的比例,利用通用有限元软件Abaqus/Explicit对加筋板模型在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行了一系列数值仿真。载荷计算采用了Geers-Hunter模型,材料本构采用了Johnson-Cook模型,将部分计算工况与试验结果比较,两者吻合较好。通过分析计算结果可以看出在气泡载荷在加筋板塑性变形中的比重主要受爆距影响,爆距越小,所起的作用越大。所以,在水下近场爆炸计算中,气泡载荷引起的塑性变形不容忽视。     

橡胶隔振器静态力-位移关系计算方法的研究

测试了橡胶试片在单轴向拉伸、等双轴拉伸和平面剪切应力-应变状态下的应力-应变关系。利用测试得到橡胶试片在不同状态下应力-应变关系,和应用不同的本构模型,拟合得到了不同模型的材料常数。以两个橡胶悬置为研究对象,对橡胶隔振器进行三向静态力-位移特性分析,并与测试值进行对比。橡胶悬置1主要承受拉压变形或剪切变形,而悬置2则同时承受拉压和剪切变形。以悬置1和悬置2为研究对象,应用Mooney-Rivlin本构模型,计算分析了利用不同应力－应变状态得到的本构模型常数对橡胶隔振器力－位移关系计算结果的影响。以悬置2为研究对象,采用同一种应力－应变状态获取的本构模型常数,分析了本构模型对橡胶隔振器静态力-位移特性计算结果的影响。     

金属橡胶材料迟滞特性力学模型研究

受成型与制备工艺参数影响,金属橡胶有记忆型恢复力模型数学表达式复杂,特别是在对非线性迟滞特性参数进行识别时存在困难。根据金属橡胶微元体理论,研究干摩擦力对迟滞特性力学模型的影响。应用材料细观结构特征构造金属丝微元体力学模型,描述了金属丝滑移接触过程中干摩擦产生机理,结合金属橡胶制备工艺计算处于滑移状态的微元体数目,建立金属橡胶干摩擦阻尼力数学表达式。利用静态激励试验系统进行试验研究,并结合MATLAB软件对该理论模型进行参数识别。通过理论与试验结果对比,验证了模型的正确性。结果表明:含干摩擦分量的有记忆恢复力模型适用性强,表达式简单,特别是在参数识别时具有较好的精度。     

模型结构的压电摩擦阻尼减振控制试验研究

在压电摩擦阻尼器力学性能试验的基础上,对一安装有压电摩擦阻尼器的模型结构进行了地震模拟振动台试验研究。利用MATLAB/Simulink软件平台和dSPACE软硬件资源,建立了压电摩擦阻尼结构控制系统的仿真模型,采用快速控制原型技术对模型结构进行了地震反应振动台试验。通过振动台试验验证了地震作用下提出的压电摩擦阻尼器和以速度响应为输入的模糊控制方法调节阻尼器控制力的有效性。试验结果表明,提出的压电摩擦阻尼器能够根据结构的响应实时调整阻尼器的摩擦力,可以有效减小模型结构在地震作用下的位移反应和加速度反应。     

有无填充墙板的穿斗式木结构房屋振动台试验及对比分析

通过对不设置填充墙板与设置填充墙板的穿斗式木结构房屋进行模拟地震振动台试验,研究了穿斗式木结构的抗震性能,并对比分析了两模型结构的动力特性,及其在不同峰值加速度地震作用下的加速度放大系数、位移及最大层间位移角等动力响应。研究结果表明:两模型X向加速度动力放大系数在0.63～1.2,Y向加速度动力放大系数在0.51～0.97,说明模型榫卯挤压摩擦的耗能减震效果明显。不设置填充墙板的模型结构自振频率低、位移响应较大,扭转效应明显;设置填充墙板的模型抗侧刚度明显增大,结构自振频率增大,同时在地震激励下相对位移和层间位移角减小。两模型主体结构在大震作用下均无明显损坏,且设置填充墙板的木结构房屋具有更大的承载力和抗倒塌能力。     

曲线连续梁桥支座模型对结构地震反应影响分析

针对桥梁结构分析中常将聚四氟乙烯滑板橡胶支座处理成理想活动支座而忽略滑板与梁底钢板间摩擦耗能作用问题,采用双线性模型及摩擦滑动单元分别模拟滑板支座进行非线性时程分析,获得支座及结构反应。分析结果表明,理想的活动支座模型会高估桥梁的地震反应,双线性模型与摩擦滑动单元模型分析结果接近;摩擦滑动单元能考虑支座竖向力变化对摩擦力影响及曲线桥支座负反力情况,更符合实际,适用性更广。     

天然橡胶分子结构对橡胶干磨与湿磨的影响

采用旋转滚筒式磨耗机研究了天然橡胶分子结构对橡胶干磨、湿磨的影响。研究发现,干磨引起的磨损比湿磨引起的磨损大得多,这是因为在干磨的条件下橡胶磨损主要是由粘附摩擦引起的,而在湿磨的条件下橡胶磨损主要是由滞后摩擦引起的。在同样的介质下,随着橡胶分子量的减小,硫化胶的力学机械性能变差,动态损耗因子增加,因此橡胶的磨损随着分子量的减小而增大。     

The Compression Deformation Mechanism of a Metallic Rubber

In this paper, the microcompression deformation mechanisms of a porous wire-like metallic body, designated metallic rubber, in uniaxial compression loading along the direction of cold stamping, have been investigated by conducting the macroscopic compressing tests and microscopic observation of the deformed material. The stress/strain relation suggest that the stress/strain relation curve could be divided into three distinct stages depending upon the variation in the stiffness with the compression deformation. The results which reveal that there exist different microscopic compression deformation mechanisms in each distinct stage: In the first stage, referred to as stage I, the elastic deformation, owing to the elastic bending of each small segments of metallic wire, occurs in the body piece by piece. In the second stage, referred to as stage II, the elastic deformation of all small segments of the metallic wire and crossed sliding friction operating in the contacted surfaces of the wire represent the main deformation mode of this stage. The third stage is the re-strengthening stage, referred to as stage III. In this case, the deformation due to nonlinear elastic bending of a series of small segments of metallic wire coils and extruded sliding friction operating in the contacted surfaces of wire coils govern the behaviour of the metallic rubber.     

万能轧制有限元模拟立辊摩擦元拖动模型

采用带刚性表面的摩擦单元,建立了万能轧制过程立辊摩擦拖动的有限元模型。该模型在轧件翼板和立辊之间设置了一层动态接触的摩擦单元,通过使摩擦元与立辊的接触面刚性化,来模拟刚性立辊,并将立辊的未知线速度包含在有限元求解变量中。这种方法克服了立辊线速度未知带来的求解困难,能够直接求得立辊线速度,而不必事先假设和迭代求解。算例表明,该模型满足立辗转矩为零和刚性化的要求。     

油酸酰胺对SBR/BR汽车橡胶衬套性能的影响

将油酸酰胺以不同份数分别加入到丁苯橡胶/顺丁橡胶(SBR/BR)共混胶中,并通过硫化特性、力学性能和摩擦系数等测试方法来表征胶料的性能。结果表明,随着油酸酰胺份数的增加,硫化胶的摩擦系数明显降低,断裂伸长率和屈挠性能明显提高。当硫化胶中油酸酰胺用量为10份时,与未添加油酸酰胺组相比,拉伸强度降低19.84%,断裂伸长率增大36.14%,硬度减小9.21%,静摩擦系数减小45.51%,动摩擦系数减小37.54%。通过橡胶加工性能分析和扫描电镜(SEM)等测试方法对胶料进行研究,发现油酸酰胺可使填料分散得更均匀。     

An elastic mechanics model and computation method for geotechnical material

岩土材料内摩擦性质是岩土的基本力学性质之一,无论岩土处于何种受力状态,都应考虑岩土体的内摩擦力。然而,至今只有岩土极限分析与塑性力学中考虑岩土体的内摩擦力,而在弹性理论与能量理论等诸方面均未体现。认为岩土体无论是处于塑性状态还是弹性状态,都存在着内摩擦力,为此建立岩土材料弹性力学的摩擦体力学单元。基于土体试验提出黏聚力先发挥,摩擦力随变形逐渐发挥,并假设摩擦因数与应变成正比,由此确定摩擦力的计算,最后仿效线弹性力学计算方法,但此时摩擦体的剪切模量G已非常数,从而形成摩擦体的非线性弹性力学计算方法。算例表明,按该方法计算出的弹性地基上的位移和剪应力小于传统方法计算出的位移和应力值,这比较符合实际情况,表明采用摩擦体力学单元对岩土材料是合适的。     

基于有限元法的滚柱体式超越离合器性能分析

采用弹性力学有限元方法研究滚柱体式超越离合器的工作特性,分析该离合器摩擦自锁性能和锁紧中的滚柱体与内外圈的接触强度特性。建立该离合器的摩擦及强度性能分析的数学模型。进行实例计算分析,验证了该方法的有效性。通过数值分析,揭示了该离合器的结构形式、接触状态和载荷大小与其承载性能及其强度的内在关系,提出了摩擦自锁条件及滑动摩擦区间计算的新方法,为滚柱体式超越离合器的设计和应用提供理论基础。     

A new approach of using Lorentz force to study single-asperity friction inside TEM

Taking advantage of the magnetic field inside transmission electron microscope(TEM),a unique Lorentz-force-actuated method for quantitative friction tests was developed via a commercial electromechanical holder.With this approach,a submicron-sized silver asperity sliding on a tungsten flat punch was actu-ated by Lorentz force due to electrical current through the punch,with the normal force imposed by the built-in transducer of the holder.The friction force was determined by tracking the elastic deflec-tion of the fabricated cantilever from in situ video.Through correlating the friction behavior with the microstructural evolution near the silver-tungsten interface,we revealed that even when the relative motion commenced with the plastic deformation of the silver asperity,the interface can still sustain the further increasing static friction force.Exactly following the arrival of the maximum static friction force,the sliding occurred at the interface,indicating the transition from static to dynamic friction.This work enriches our understanding of the underlying physics of the dynamic friction process for metallic friction behavior.     

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。     

Solid-mechanics finite element simulations of the draping of fabrics: a sensitivity analysis

This paper covers numerical investigations of the draping of woven fabrics into a “hat” shape, combining a hemispherical cup with a wide flat rim. A mechanical approach is adopted using finite element analysis (FEA) methodology. In this, the fabric is considered as a solid sheet with mechanical properties and friction properties. In this study, a linear elastic anisotropic material model describes the deformation of fabrics. An explicit dynamic finite element analysis is applied and systematic parametric numerical studies are presented, which incorporate investigations of the effects of numerical parameters, material properties and processing conditions on the draping of fabrics. More specifically, the effects of the following variables and parameters are included: number of elements, number of time increments in the dynamic FEA analysis, punch speed, shear and tensile moduli of fabric, coefficient of friction for all interfaces and level of load on the fabric holder.