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。     

橡胶隔振器动态特性计算方法的研究

填充橡胶材料的动态特性与预载、激振频率和激振振幅等相关.采用模型叠加方法,建立了用于计算的由填充橡胶材料制造的橡胶隔振器动态特性的弹性-粘弹性-弹塑性模型.其中,弹性模型用于表征橡胶隔振器的弹性部分,粘弹性模型用于表征橡胶隔振器动态特性与激振频率的相关性,弹塑性模型用于表征橡胶隔振器动态特性与激振振幅的相关性.对一试片进行静动态性能实验,得到其静、动刚度和滞后角,由其拟合得到了弹性、粘弹性、弹塑性模型的参数.计算了一动力总成橡胶隔振器的动态特性,并与实验结果进行了对比分析.结果表明.采用的弹性一粘弹性一弹塑性模型可以较好地表征橡胶隔振器动态特性的振幅相关性和频率相关性.其计算方法,可以用于橡胶隔振器动态特性的设计计算.     

橡胶材料的非线性黏弹性本构方程

橡胶是一种非线性黏弹性材料,准确描述其非线性黏弹性力学响应的本构方程是橡胶材料及制品设计优化的关键。文中基于超弹性模型和并行流变模型(PRF)描述了橡胶材料的非线性黏弹性响应特征,重点探讨了由实验数据确定PRF本构方程材料参数的方法。首先通过单轴拉伸实验数据拟合得到超弹性模型,将应力松弛实验数据拟合得到表征材料线性黏弹性的模型-Prony级数,再将Prony级数转化为初始的PRF模型,进而不断优化得到PRF模型的准确材料参数,最后进行实验验证。结果表明,PRF模型计算的不同应变下的应力松弛数据与实验数据之间的误差仅为0.067%,PRF能准确地描述橡胶材料非线性响应的应力松弛行为。     

北方高寒地区轨道车辆橡胶材料的力学特性分析

针对高寒地区气候特征,将低温和高低温交变设为主要环境参数因素,对8种轨道车辆橡胶材料进行了试验室力学性能分析。通过高低温力学测试和交变温度试验,比对轨道车辆材料的力学特性。结果表明,几种橡胶材料的性能随高低温和交变温度呈现较大的差异性,这种差异性主要与橡胶的胶种和配方有关。低温力学性能和低温回弹测试结果表明,高柔顺性的橡胶材料(如顺丁和天然橡胶)具有良好的低温力学强度和弹性。交变温度试验结果显示,8种橡胶材料试验后拉伸强度多出现下降。     

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。     

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。     

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。     

基于周期性边界条件的炭黑填充橡胶复合材料力学行为的预测

在分析炭黑填充橡胶复合材料的宏观与细观特征之间联系的基础上,提出了具有随机分布形态的代表性体积单元,推导并应用了周期性细观结构的边界约束条件,建立了三维多颗粒夹杂代表性体积单元的数值模型,对炭黑填充橡胶复合材料的宏观力学行为进行了模拟仿真。研究表明,该模型通过周期性边界条件的约束保证了宏观结构变形场和应力场的协调性;计算得到的炭黑填充橡胶复合材料的弹性模量明显高于未填充橡胶材料,并随着炭黑颗粒所占体积分数的增加而增大;该模型对复合材料有效弹性模量的预测结果与实验结果吻合较好,而且比Bergstrom三维模型的预测结果更好,证实了该模型能够用于炭黑颗粒增强橡胶基复合材料有效性能的模拟分析。     

硫化剂对某型弹性元件疲劳撕裂特性的影响

硫化剂作为橡胶配方的重要组成部分，对橡胶制品的疲劳撕裂特性有着关键的影响。以前的研究主要侧重于试验的方法；且有周期长、费用大的缺点。为此，利用有限元分析技术研究硫化剂对某型弹性元件疲劳撕裂特性的影响。首先得到不同硫化剂品种和硫化剂用量的橡胶材料标准试样，并获得其材料本构模型。隨后，用于ANSYS分析不同橡胶材料对应弹性元件的疲劳撕裂特性。最后总结得出硫化剂对某型弹性元件疲劳撕裂特性的影响规律并进行实验验证。     

一类准零刚度橡胶隔振器研究

设计具有准零刚度特性的碟形橡胶隔振器,分别从模型试验和数值模拟两方面对该系统的刚度特性进行研究。试验包括:利用邵氏硬度为60的天然橡胶制作隔振器和标准拉伸试件,通过单轴试验得到橡胶材料参数;采用静压试验分析隔振器的刚度特性并进行刚度补偿,有效拓宽低刚度区域;构造一个单自由度系统并进行振动试验,比较底直径、厚度、倾角对橡胶隔振器固有频率的影响,指出单个隔振器有效隔振的工作条件。通过刚度补偿解决单个橡胶隔振器失稳的问题,提高承载力并降低系统的固有频率达50%,有效拓宽隔振区间。数值模拟包括:模拟静刚度,即通过位移加载模拟出与实验比较接近的结果,证明有限元建模的有效性;同时验证有关文献中简化公式的有效性,可将其用于前期设计。     

基于纳米压入技术的老化橡胶表面力学行为

为了研究不同老化时间和温度对橡胶表面力学性能的影响,通过纳米压痕仪测量了老化前后以及不同老化时间和温度下橡胶的弹性模量、硬度、储能模量、损失模量和损耗因子.研究结果表明,老化时间和温度是影响橡胶表面纳米力学性能的2个关键因素,且相比于老化时间,老化温度对橡胶力学性能的影响更为显著;在90℃和105℃老化温度下,橡胶的弹性模量、硬度、损耗因子等力学性能受老化时间的影响较小;在120℃以上,随着老化时间的延长,橡胶的硬度、弹性模量逐渐增大,蠕变性能与黏性逐渐减弱;在135℃时,其力学性能呈现先快后慢的变化模式,老化3d之后,其硬度与弹性模量开始迅速增大,后期变化速率逐渐减小.在工程上,对于长期服役于较高温度下的密封件来说须严格控制其服役温度,以达到防止密封件老化、提高密封寿命的目的 .     

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。     

在弹性体有限元的M－R模型中材料参数的逆向推算

确定橡胶隔振器材料模型的传统方法是利用标准试件,在一系列的测试之后才能得到材料模型的参数。在标准试件无法获得的情况下,反推出材料模型参数具有重要的工程应用价值。基于Mooney-Revlin模型的两个参数C1、C2与硬度之间的关系,以及C1、C2对橡胶隔振器静特性的影响,采用一种简单实用、精度较高的橡胶材料2参数Mooney-Revlin模型反推的方法。利用ANSYS和MATLAB的联合仿真计算,首先设C2 /C1 = 0,在小位移下反推出橡胶材料的硬度,然后在较大的位移范围内得到C2 / C1的值,反求出橡胶隔振器的材料属性。为验证该方法的准确性,建立某型橡胶隔振器的有限元模型,以测试得到的静压缩特性为参考依据,进行数值计算,验证该反推方法的准确性。     

Li_2O-Al_2O_3-SiO_2微晶玻璃超光滑表面纳米硬度实验研究

介绍了纳米压痕技术的原理和方法.采用三角锥形Berkovich金刚石压头对Li2O-Al2O3-SiO2微晶玻璃的超光滑表面(Ra=0.079 nm)进行了纳米压痕实验.结果表明,当载荷低于300 mN时,微晶玻璃表现出延性特性.此外,在不同的载荷条件(20 mN~300 mN)下微晶玻璃的硬度和弹性模量存在较大的差异,分析其原因分别是纳米压痕的尺寸效应和材料发生了塑形变形.通过将实验得到的微晶玻璃的纳米硬度值与传统计算方法得到的硬度值进行比较,发现传统方法得到的硬度值较大,其原因是传统硬度计算方法忽略了材料的弹性恢复.     

天然橡胶支座大变形压剪性能的双非线性超弹性理论和实验研究

基于非线性固体力学已经形成与材料微观结构紧密结合的发展局面,该文从微观上橡胶的超弹性本构方程出发,推导出单层橡胶内任一点的竖向应力满足调和函数,进一步对竖向应力积分得到单层橡胶的单轴等效弹性模量E c与纯弯等效弯曲刚度EcIs。将隔震橡胶支座等效为符合E c与EcIs的均质体,建立橡胶支座在两种外部荷载同时作用下,能宏观反映剪切变形与弯曲程度的偏微分平衡方程,并得到通用解答,解决了橡胶支座竖向与水平两种荷载耦合作用时大剪切变形的几何非线性问题。在此基础上,开展了足尺隔震橡胶支座压剪实验,依据实验剪切模量G和水平剪应变γ曲线,得到的支座水平推力F H和γ的实验曲线与理论曲线几乎完全重叠,即通过将材料非线性引入以上微分平衡方程,实现了超弹性橡胶支座大剪切变形的双非线性问题。通过以上解答,得到了隔震橡胶支座内力分布规律,对判断支座薄弱部位有明确的指导意义。随后,对隔震橡胶支座比较重要的两个特性(剪应变相关性,轴压力相关性)进行了对比分析,结果表明：随着轴力增大,橡胶支座的P-Δ效应并不明显,而橡胶内应力的变化不可忽视,同时,剪应变越大,压力相关性越强。可以采用该文的理论方法,通过传感器监测到...     

金属橡胶材料的动态力学模型

提出了用等效粘性阻尼理论和试验相结合，建立金属橡胶材料动态力学模型的一种新方法，用此方法，把金属橡胶材料的阻尼耗能机理等效为粘性阻尼，金属橡胶的恢复力由高阶非线性多项式和等效的粘性阻尼力叠加而成、模型中考虑了振幅和频率的影响，参数可通过试验数据辨识出来．用所建模型可以重新构造其它振幅和频率下的恢复力与位移的滞后曲线，得到了金属橡胶材料阻尼特性在振幅和频率影响下的变化规律．     

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。     

测井用电动挤压式橡胶集流器集流性能分析

针对常规测井用集流器存在的漏失、易刮破等问题,提出一种以橡胶弹性件为核心的电动挤压式橡胶集流器整体方案。该方案利用有限元法和Mooney-Rivlin超弹性本构模型,对所提橡胶弹性件进行仿真,研究了其形状、几何尺寸以及材料属性等对集流性能的影响规律。研制了电动挤压式橡胶集流器,在模拟井实验平台上测试其集流性能。实验结果表明,橡胶弹性件形状、硬度、与套管之间的摩擦系数、内凹程度均对其受力形变性能有显著的影响;采用硬度58HA、尺寸80mm×12mm、内凹量4mm、圆弧内凹型弹性件的橡胶集流器,其集流性能优于常规伞式集流器。     

真空橡胶的动静态力学性能及本构关系的研究

针对真空橡胶的特性展开了MTS实验和SHPB实验,通过实验获得了材料的基本力学参数和应力-应变曲线,并对材料的变形行为、应变率相关效应和破坏特性作了必要的分析,在此基础上给出了材料的本构关系。结果表明,真空橡胶材料在准静态加载下,应力3MPa时,应变率效应不明显;在冲击载荷作用下,随着加载应变率的提高,应变率效应比较明显。     

老化及海蚀作用下近海桥梁隔震支座橡胶材料性能劣化试验

设计了由与橡胶隔震支座相同材料的橡胶片组成的橡胶块体,将橡胶支座与橡胶块体和橡胶片放置在同样的试验环境下开展试验,研究橡胶材料硬度、定伸应力、拉伸强度及扯断伸长率在老化和海蚀作用下随时间及厚度方向的变化规律。试验结果表明:老化仍然是影响橡胶材料性能的主要因素;橡胶含水率的高低会极大影响其性能;随老化时间的增长,橡胶的硬度、定伸应力呈增大的趋势,而拉伸强度、扯断伸长率呈减小的趋势;单纯海蚀对橡胶硬度、定伸应力的影响不明显,但拉伸强度和扯断伸长率则随着海蚀时间的增长而减小;老化+海蚀试验结果是老化作用与海蚀作用的叠加,该作用会使得橡胶的性能劣化在大应变时表现得更为明显;从橡胶表面至内部,橡胶材料性能大体呈略微减小的趋势,老化及海蚀作用基本发生在表面,而内部橡胶的性能变化程度均较轻。