金属橡胶非成形方向迟滞特性力学模型研究

金属橡胶是一种各向异性材料,其非成形方向与成形方向的力学特性存在显著不同。依据金属橡胶非成形方向变形的主要特征,对金属丝螺旋卷的空间位形、接触模式进行分析,揭示金属橡胶非成形方向变形的细观物理机制。结合螺旋卷的弹性变形特征和金属橡胶内部摩擦力接触点分布规律,建立金属橡胶非成形方向的力学模型,实现不同预变形下金属橡胶加载和卸载过程迟滞力学特性的预测。该模型包含金属丝直径和弹性模量、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非成形方向的弹性特性和多点接触的干摩擦特性产生的机理。通过不同相对密度的金属橡胶试件对所建模型进行试验验证,发现理论计算和试验结果有较好的一致性,为分析和预测金属橡胶非成形方向的刚度和阻尼提供理论依据。     

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。     

简支梁金属橡胶本构模型

依据金属橡胶细观接触作用特点及受力变形特征为基础,对金属橡胶准静态压缩情况进行分析.从金属橡胶的微单元体出发,以单匝螺旋卷为基本受力单元,根据单匝螺旋卷与简支梁的几何关系,及单元体内螺旋卷的串并联关系,提出了简支梁金属橡胶本构模型,并用不同工艺参数的金属橡胶试件对所建模型进行试验验证,同时与悬臂梁模型、多孔模型作误差对比分析.结果表明:与悬臂梁模型和多孔模型相比,简支梁模型与实验数据拟合误差更小,所以简支梁本构模型可以更好的反映金属橡胶的静态力学性能,同时该模型可以反映丝径、丝材、螺旋卷直径、相对密度等因素对金属橡胶非线性力学性能的的影响.     

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。     

金属橡胶材料宏观和细观力学模型

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模型,把复杂的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;为了进一步研究刚度系数,从金属橡胶的变形特征出发,推导出金属橡胶材料应力应变关系的细观力学模型,通过试验对所建模型进行验证,结果表明：模型能很好描述金属橡胶材料在非线性振动系统的特性,模型中的参数值,对于研究金属橡胶材料的动态特性,具有重要的参考价值。     

环形金属橡胶的径向压缩性能及力学模型分析

采用试验的方法分析了密度、金属丝直径、螺旋卷直径及温度对环形金属橡胶径向刚度的影响,以悬臂曲梁为基本单元,分析了金属橡胶的受力变形情况,结合温度对金属丝弹性模量及接触曲梁的影响,建立了包含主要制备参数及温度影响的金属橡胶径向力学模型。同时,依据试验结果,对力学模型的参数进行拟合求解,确定了模型的具体表达式。通过将模型计算结果与试验结果对比后发现,力学模型有较高的精度,可以比较全面地反映环形金属橡胶的径向刚度特性,为金属橡胶的实际应用提供了理论参考。     

金属橡胶恢复力的迟滞模型研究

依据金属橡胶变形的主要特征,对金属丝螺旋卷的空间位形、接触模式进行了分析。提出了基于变长度曲梁的细观结构单元和接触作用模型,考虑摩擦接触点分布规律,建立了金属橡胶恢复力的迟滞模型,实现了金属橡胶在不同变形幅值下的加卸载恢复力的预测。通过不同相对密度的金属橡胶试件对所建模型进行了试验验证,发现理论计算结果和试验结果有较好的一致性。     

金属橡胶材料压缩性能的细观特征研究

金属橡胶材料是一种典型的非线性材料,其压缩变形分为线性段,软特性段,指数硬化阶段3个特征阶段.笔者在自制的微位移进给测力机构上对金属橡胶材料压缩性能进行了试验研究.通过对金属橡胶材料细观结构和各变形阶段特点的对比分析,揭示了金属橡胶材料压缩变形的细观物理机制.分析表明:在材料的制备阶段,除了选择不同的物理特性和丝径的金...     

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．     

金属橡胶阻尼元件的力学模型及减振特性研究

通过试验和理论相结合的方法，建立了金属橡胶材料的力学模型，研究了一种金属橡胶材料结构的非线形数学模型，以此来描述迟滞非线性系统的动态特性。用所建模型重构恢复力一位移迟滞回线，由此可以得到其变化规律。另一方面对金属橡胶阻尼元件进行了试验研究，得出了金属橡胶的静刚度曲线，总结了不同加速度激励水平、不同广义密度、不同配重对其振动性能的影响。结果表明，随着激励力和负载的增加，其减振效果更好。     

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。     

金属橡胶静刚度特性及其力学模型研究

对金属橡胶成形机理和静刚度特性影响因素进行分析,运用螺旋弹簧刚度理论建立了金属橡胶微元弹簧理论模型,并根据试验结果对其进行模型修正。通过理论模型与试验的比较,发现理论模型值与试验值较接近,可以较全面地反映金属橡胶静刚度特性,从而为金属橡胶减振器的设计和金属丝工艺参数的确定提供理论依据。     

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。     

金属橡胶构件的性能分析与实验研究

利用金属橡胶的弹性性能,设计了一种以金属橡胶作为阻尼元件的隔振器,对其进行了理论分析和静态实验研究,通过实验获得了金属橡胶隔振器刚度,密度及振幅之间的相互关系,并利用Masing理论,建立了金属橡胶隔振器数学模型,利用数学模型对实验结果进行了验证,为金属橡胶隔振器的应用提供了理论依据。     

基于Ansys的封隔器密封胶筒性能优化

封隔器密封胶筒在井下实际应用中力学特性复杂,同时需要承受高温高压饱和水蒸汽的强腐蚀作用,故对胶筒材料性能的要求异常苛刻。为改善密封胶筒的结构稳定性及高温高压水耐腐性,以密封胶筒为研究对象开展有限元仿真分析,通过胶筒结构参数、界面摩擦性能和材料特性等因素对其力学特性及密封性能影响规律的比较,提出软硬质材料多层堆叠及环端面金属包覆结构以实现性能优化。仿真结果表明,优化后的结构改善了密封胶筒肩部的挤出现象,增大了接触区域的密封效果,同时阻挡了高温高压水对胶筒的腐蚀。     

考虑蠕变特性的橡胶微凸体与金属表面接触特性分析

金属-橡胶接触广泛存在于密封结构中,密封接触表面上微凸体间的相互作用会直接影响整个密封界面的接触特性,进而影响其密封性能。基于粗糙密封界面的单个微凸体,考虑橡胶的蠕变特性,采用理论分析和仿真研究相结合的方式研究橡胶微凸体与金属表面的接触特性。通过橡胶蠕变特性的实验结果,构建橡胶蠕变计算模型;构建半球微凸体与金属平板间的有限元模型,进行考虑蠕变特性的仿真,分析其接触特性,并与Hertz接触理论的计算值进行对比。结果表明：在蠕变阶段,接触半径、法向变形量和最大等效蠕变应变均随蠕变时间的增加而增大,最大接触压力随蠕变时间增大而减小,这均可能导致密封性能的下降;随压力载荷的增大,接触半径、法向变形量、最大接触压力和最大等效蠕变应变均增大,但增大的趋势逐渐减小;橡胶微凸体与金属表面间的等效模量随蠕变时间的增加而减小,随压力载荷增大而增大。