振幅对金属橡胶材料疲劳寿命的影响分析

对设计制作的固支圆盘形金属橡胶试件进行了疲劳试验,研究了振幅对金属橡胶材料疲劳寿命的影响。提出了割线刚度和等效黏性阻尼系数两个疲劳参数,分析了疲劳加载过程中承载能力和耗能能力随振动周次的变化趋势,并以疲劳参数为基础建立了金属橡胶材料疲劳损伤与振动周次的数学模型。结果表明,小振幅的初始稳定加载有助于改善金属丝线的力学特性,提高金属橡胶材料的承载能力和耗能能力,而振幅的增大会导致金属橡胶材料疲劳寿命的迅速缩短。     

金属橡胶节流元件内部结构特性及节流机理的实验研究

基于金属橡胶材料的弹性均质多孔特性．利用气泡检测法对金属橡胶多孔材料的内部组织结构进行了实验研究，通过对不同结构尺寸、不同金属丝直径、不同孔隙度样件的实验．得到了最大直径和平均直径与孔隙度的关系曲线。分析了最大直往、平均直径与金属丝直径及样件长度之间的关系。通过流体渗透实验分析了孔隙度及金属丝直径对金属橡胶多孔材料流体渗透性能的影响．获得了金属橡胶节流元件雷诺数与沿程损失系数之间的关系，研究结果对金属橡胶材料在节流领域中的应用具有重要参考价值．     

高温环境下编织-嵌槽型金属橡胶的疲劳特性分析

采用拉-压式组合试验工装,以位移控制的加载方式对编织-嵌槽型金属橡胶进行了疲劳试验,研究了常温（25 ℃）及高温（300 ℃）环境下编织-嵌槽型金属橡胶在不同加载振幅下的疲劳特性,并通过平均刚度、等效黏性阻尼系数及其损伤因子对构件的损伤演化过程进行了表征。结果表明：编织-嵌槽型金属橡胶构件的疲劳损伤形式表现为磨损、断丝以及塑性变形;构件在各种试验条件下的疲劳过程均可分为刚度强化期和刚度衰减期,而构件力学性能的衰减主要发生在刚度衰减期;温度的升高或振幅的增大均会显著增大构件的积累损伤,进而缩短其使用寿命。     

金属橡胶吸声降噪性能分析及试验研究

金属橡胶材料是以金属丝为原材料的特种弹性多孔材料,特别适用于高低温、大温差及腐蚀环境下的吸声降噪需要。本文分析了金属橡胶作为多孔吸声材料的结构特性、一般物理性能及吸声频率特性;利用驻波管法,试验研究了金属橡胶厚度、孔隙率、金属丝直径及背后空气层对其吸声降噪性能的影响,获得了各主要参数之间的相互关系曲线。结果表明金属橡胶具有良好的吸声降噪性能,能够满足现代消声器恶劣环境的吸声降噪需要。     

基于电脉冲放电烧结工艺的金属橡胶材料电阻特性试验研究

电阻特性是金属橡胶材料电脉冲放电烧结强化工艺中需要考虑的一个很重要的因素。本文从内部组织结构形态阐述了金属橡胶非连续体材料电阻的产生机理和影响因素,分析了金属橡胶材料电阻与压力的非线性特征以及与静态刚度之间的联系。对正交试验数据进行极差分析,得出了孔隙度、金属丝直径、螺旋卷内径和毛坯铺设方式4个因子对金属橡胶材料电阻的影响程度大小以及电阻的变化规律。     

新型金属橡胶孔隙材料过滤机制与性能研究

基于弹性多孔金属橡胶材料的内部组织结构特点,分析了金属橡胶材料对液体中杂质颗粒的过滤机制;对不同制作工艺的金属橡胶元件进行了过滤性能实验研究,测试了油液过滤前后的污染度等级,并分析了金属丝直径、孔隙度和试件长度对过滤性能的影响。结果表明,金属橡胶材料对污染程度较严重的油液具有明显的过滤效果,滤后油液的清洁度显著提高;增加试件长度、减小金属丝直径和孔隙度有利于提高过滤精度,但孔隙度过小会导致流体阻力大幅上升,且试件长度对过滤效果的影响也受孔隙度的限制,当孔隙度较小时,试件长度对过滤精度的影响明显减少。因此要合理选择工艺参数使金属橡胶材料达到要求的过滤精度。     

铝合金压印接头微动疲劳机理研究

压印连接是近年来新兴的连接方式,因其具有简单高效、低耗环保等优点,使得在应用连接方面越来越受到重视。疲劳破坏是机械构件失效的主要形式,疲劳过程中的微动磨损是造成零部件失效的主要原因之一。基于以上条件,对铝合金压印接头的疲劳性能进行了试验研究,结果显示疲劳失效部位主要集中在下板靠近压印点处,断口处发现大量微动磨屑,经能谱分析可以确定磨屑成分主要为氧化铝和金属铝;对疲劳失效断口和微动磨损区域进行了扫描电镜分析,发现压印接头的微动磨损部位主要分为两类,并对其进行了定义,一类定义为颈部微动磨损,另一类定义为环点板间微动磨损。分析发现颈部微动磨损所占比例随着外加载荷的大小而变化,且微动磨损是导致压印接头疲劳失效的重要因素。     

基于虚拟制备的金属橡胶各向异性本构特性研究

金属橡胶是一种各向异性的多孔材料,其本构特性常靠人工经验或试验获得,内部复杂的螺旋网状结构无法通过测试手段弄清机理。为此,运用虚拟制备技术与数值动态重构等手段,深入探究金属橡胶内部空间几何拓扑结构和弹簧微元间接触摩擦机理,结合扫描电子显微镜（Scanning electron microscope,SEM）中材料的微观形态进一步解释金属橡胶在宏观上的各向异性力学行为。通过引入弹簧微元组合概率分布以及空间局域性孔隙分布的概念,有效表征金属橡胶材料内部弹簧微元无序式网格互穿结构。充分考虑金属橡胶细观上的空间拓扑结构与微观摩擦机理参量,以及包含了材料形状、相对密度、金属丝直径、螺旋卷螺距、金属丝弹性模量等宏观制备参数,构建能够反映金属橡胶细观结构特征与宏观性能相一致的各向异性本构模型。通过与材料准静态压缩试验结果对比分析,采用残差分析定量验证。结果表明,提出的金属橡胶各向异性的本构模型,能够有效地反映与预测金属橡胶材料的复杂各向异性力学行为,为材料的深入研究与应用普及提供一定的理论指导。     

一种舰用橡胶减振器疲劳寿命预测方法研究

针对橡胶减振器在舰船设备应用中常伴随着不可预见的疲劳失效问题,对舰用BE-300型橡胶减振器疲劳寿命预测方法进行了研究。基于连续介质力学理论,通过开展橡胶材料拉伸疲劳试验,建立了减振器橡胶材料的疲劳寿命预测模型;根据减振器橡胶材料的单轴拉伸和单轴压缩试验数据拟合结果,选择2阶多项式本构模型进行了橡胶减振器的有限元仿真;根据有限元仿真计算结果提取了橡胶减振器的最大主应力分量,结合橡胶材料疲劳寿命模型预测了橡胶减振器的疲劳寿命。研究结果表明:选取不同的疲劳损伤参量所得到的寿命预测结果并不相同,以等效应变为损伤参量对橡胶减振器寿命进行预测得到的结果与实际情况较为符合,该方法可用来预测舰用橡胶减振器的疲劳寿命。     

金属橡胶内螺旋金属丝微动磨损预测模型研究*

目前金属丝微动磨损预测模型多适用于垂直接触，而锐角交叉下的模型存在计算过程繁琐、表征不全面等不足，难以便捷有效地预测金属橡胶内部复杂无序的金属丝磨损情况。基于有限元分析，确定螺旋曲率对磨损结果的影响极小，因此将金属橡胶内部螺旋金属丝接触对微元理想化为直金属丝接触对，探究无序接触下金属丝磨损特征的演化规律。结果表明，无序接触状态下的磨损特征演化规律与金属丝接触夹角大小密切相关。依据几何学分析，得到任意锐角接触下磨损磨痕位于金属丝1/2接触夹角处的特殊位置关系，据此建立任意接触形态下的微动磨损演化预测模型，并利用已有文献中的金属丝微动磨损试验结果对预测模型进行验证。结果显示，建立的任意锐角下的磨损演化模型能够较准确地预测金属丝的磨损结果，误差均在15%以内。研究结果为预测金属橡胶内部金属丝微动磨损和使用寿命提供一定理论基础。     

基于变长度悬臂曲梁的金属橡胶材料本构模型

依据金属橡胶材料细观结构变形的主要特征,对金属丝螺旋卷的空间位形、接触模式进行分析。提出基于变长度悬臂曲梁的单匝螺旋卷细观结构单元,结合接触作用模型,从材料的微元体出发推导承受压缩载荷金属橡胶材料的本构模型。该模型包含金属丝直径、弹性模量、螺旋卷直径、材料相对密度等基本的材料结构参数,从理论上解释金属橡胶材料力学特性的物理本质。通过圆柱形和长方形两种不同外形金属橡胶试件对所建模型进行试验验证,结果表明理论计算和试验数据吻合较好,说明该模型能够描述金属橡胶材料在加载和卸载阶段的力学行为。为进一步研究金属橡胶材料的力学特性,指导金属橡胶产品的设计提供理论依据。     

基于线性疲劳累计损伤橡胶悬置疲劳寿命预测研究

橡胶元件疲劳寿命的有效预测是其设计开发过程中的重要环节。引入橡胶元件线性疲劳累计损伤原理,提出张量形式橡胶疲劳寿命公式,且根据橡胶材料的实际承载工况提出其失效标准。依据橡胶材料的承载变形可简化为单轴拉伸及简单切应变,设计用于承载拉伸载荷的哑铃型橡胶试柱和承载剪切载荷的环形橡胶试柱,并实测疲劳寿命数据,以最小二乘法原理拟合拉伸与剪切的疲劳寿命函数公式。以车用变速箱悬置与发动机后悬置为疲劳寿命预测研究对象,通过分析其承载位移载荷时的应变张量,利用张量形式的疲劳寿命预测公式预测两种悬置在两种典型工况下的疲劳寿命。结果发现,橡胶材料的拉伸疲劳寿命曲线与简单剪切疲劳寿命曲线的变化趋势一致、形状类似、拟合函数幂指数十分接近;张量形式的疲劳寿命预测公式可有效地预测橡胶悬置的疲劳寿命。     

Study on determination of durability analysis process and fatigue damage parameter for rubber component

Rubber components, which have been widely used in the automotive industry as anti-vibration components for many years, are subjected to fluctuating loads, often failing due to the nucleation and growth of defects or cracks. To prevent such failures, it is necessary to understand the fatigue failure mechanism for rubber materials and to evaluate the fatigue life for rubber components. The objective of this study is to develop a durability analysis process for vulcanized rubber components, that can predict fatigue life at the initial product design step. The determination method of nonlinear material constants for FE analysis was proposed. Also, to investigate the applicability of the commonly used damage parameters, fatigue tests and corresponding finite element analyses were carried out and normal and shear strain was proposed as the fatigue damage parameter for rubber components. Fatigue analysis for automotive rubber components was performed and the durability analysis process was reviewed.     

ANALYSIS ON INFILTRATIVE CHARACTERISTICS OF DEFORMABLE POROUS MATAL RUBBER MATERIAL AND PARAMATERS IDENTIFICATION

The effect of deformation of porous material on infiltrative performance is investigated. Based on Darcy theory and Boit principle, the Reynolds equation and mathematical expression of deformable metal rubber (MR) material under laminar flow are obtained according to the change of porosity of metal rubber. It is shown that the throttle of MR material is dependent on its porosity and diameter of metal wires. It will be of great value for the application of MR in throttle field.     

环形与圆柱形金属橡胶过滤性能对比研究

金属橡胶是一种新型高性能过滤材料,它具有三维网状结构、高精度全连通的孔径和孔隙度范围宽的特点,有着优异的过滤性能。本文采用"多次通过"试验法对环形与圆柱形金属橡胶过滤性能进行了对比研究。研究结果表明环形金属橡胶比圆柱形金属橡胶具有更加优异的过滤性能,在过滤效率相同的情况下,环形金属橡胶滤材过滤压降较低,流体的通过性能更好,在达到极限压降前能够容纳更多的污染物,滤材使用寿命大为延长。     

金属涂覆丁腈橡胶密封板材的研制

采用丁腈橡胶作为橡胶弹性体,通过涂装工艺,成功地制备了金属丁腈橡胶复合密封板材,并按照相关标准对部分性能进行了测试.结果显示该材料具有优异的压缩回弹性能、极好的抗蠕变松弛性能和耐介质性能,金属与橡胶之间的粘结牢固,复合密封材料兼具有橡胶等弹性体的高压缩回弹性,又具备金属的强度和尺寸稳定性,是一种十分理想的车用密封材料.     

金属橡胶减振器随机振动有限元仿真

提出一种金属橡胶减振器随机振动有限元仿真方法,采用正交各向异性阻尼材料模拟金属橡胶材料。相关仿真参数由金属橡胶减振器正弦扫频试验确定。对金属橡胶减振器进行正弦扫频试验和随机振动试验,利用有限元仿真软件ANSYS Workbench对金属橡胶减振器随机振动进行有限元仿真模拟,并将仿真结果与试验结果进行对比分析。研究结果表明,所提出的有限元仿真方法能够很好地对金属橡胶减振器随机振动进行仿真,且计算结果具有较高精度。     

纤维增强橡胶基密封材料的热氧老化损伤研究（I）——热氧老化损伤模型

依据复合材料损伤理论和高分子材料老化理论,提出了纤维增强橡胶基密封材料的老化损伤概念,以老化损伤因子表征热氧老化对该密封材料的老化劣化特性。建立了老化损伤模型,通过试验研究,得到了老化损伤因子与老化温度和老化时间的关系式。研究结果表明:老化温度相同时,随着老化时间的延长,材料老化损伤因子增大,即材料劣化程度加剧;老化时间相同时,随着老化温度的升高,材料老化损伤因子增大,即材料劣化程度加剧。     

The effect of rubber contact on the fretting fatigue strength of railway wheel tire

The cause of the ICE train derailment, which occurred in 1998 at Eschede, was fatigue failure originating on the inside of the wheel tire. Rubber-sprung resilient wheels were used for the trailer cars. The wheel tire is mounted on the wheel disc. Thirty-four rubber pads were arranged between the wheel disc and the wheel tire. It was postulated that fretting fatigue between the rubber block and the inner side of the tire might have an influence on the initiation of the incipient crack. In order to clarify the influence of the rubber contact on the fatigue strength of the tire, fretting fatigue experiments under rubber contact conditions were performed. During the fundamental fretting fatigue test using bridge pads and small size carbon steel specimens, no typical fretting damage such as fretting wear and minute cracks were observed due to contact of the rubber. Stress conditions of the rubber-sprung wheel under vertical and lateral wheel loads were evaluated by a three-dimensional elastic stress analysis. Since the rubber is a super-elastic material, the Mooney-Rivlin model was used in the FEM calculation. It was found that the wheel tire is subjected to a cyclic stress during one revolution of the wheel and the maximum stress occurred at the center of the inner surface of the tire where the fatigue crack initiated. Fatigue strength of the wheel tire was determined by the rotating bending fatigue testing of specimens taken from the tire. It was found that the tire with an 862 mm diameter at a wheel load of 80 kN had a safety factor more than 3.5 from a fatigue limit diagram with a failure probability of 0.01. To confirm the fretting damage under the rubber contact and the result of the fatigue strength evaluation, fatigue tests of a full size wheel were made. After 20 million cycles at the wheel load of 280 kN, which was just below the endurance limit estimated by the endurance limit diagram, no fretting damage and no fatigue cracks were observed. The wheel was, however, fractured at 1.56 million cycles under the maximum load of 308 kN, which was just above the endurance limit. The estimation of the safety factor of 3.5 estimated from the endurance diagram was confirmed by the full size fatigue testing. It was concluded that there was no effect of fretting due to the rubber contact on the fatigue strength of the rubber-sprung single-ring railway wheel.