金属橡胶辊压成形工艺及力学性能关联分析

针对新型辊压和传统冲压两种成形工艺制备薄壁平板状金属橡胶的微观结构和力学性能差异性,利用ABAQUS软件对成形过程进行有限元仿真,预测了两种金属橡胶内部细观结构的变形特征,验证了金属橡胶力学性能与结构的关联性,并确定了辊压优选参数。试验结果表明,不同成形工艺过程影响金属橡胶内部螺旋丝的钩连和接触形式,辊压比冲压得到的试样的刚度明显更低,但对金属橡胶的宏观损耗因子影响并不大;辊压时采用多道次、小压下量可以提高金属橡胶的阻尼性能,辊压速度和进料方向对金属橡胶的力学性能影响不明显。本研究工作为辊压成形制备金属橡胶的工艺设计及工程化应用提供了参考价值。     

基于复合材料的橡胶颗粒沥青混合料弹性模量预测

为对橡胶颗粒沥青混合料弹性模量进行预估,分别建立单夹杂复合材料两层嵌入式模型和多步骤多相细观力学模型,得到橡胶颗粒沥青混合料弹性模量预测方法,对橡胶颗粒沥青混合料弹性模量进行预测;将弹性模量预测结果与实测结果进行对比分析,研究橡胶颗粒沥青混合料弹性模量影响因素,并对低温条件下弹性衰减进行分析.研究结果表明:该细观力学模型方法是有效的和可靠的,可用于预先评估橡胶颗粒沥青路面在低温下的力学性能和除冰能力;沥青胶浆的弹性模量对橡胶颗粒沥青混合料弹性模量的影响较大,且随沥青胶浆弹性模量的增大而增大;橡胶颗粒用量变化对混合料弹性模量的影响比较大,随着橡胶颗粒用量的增加,混合料弹性模量逐渐减小;在低温下,混合料的弹性模量显著增大,橡胶颗粒沥青路面的除冰效果将大大减弱.     

尺寸不规则度梯度分布参数对泡沫金属单轴拉伸力学性能的影响研究

采用数值模拟的方法,定量研究了尺寸不规则度参数为连续梯度分布时,泡沫金属在单轴拉伸下的力学性能;通过对比形状不规则度相同但尺寸不规则度不同的模型结果,明确了尺寸不规则度是影响泡沫金属力学性能的重要因素。结果表明,不规则度连续梯度变化的3D Voronoi模型是横观各向同性材料,单轴拉伸时胞孔局部变形显著;梯度参数影响梯度方向和非梯度方向的力学性能,且对梯度方向的单轴拉伸屈服强度和破坏强度尤其突出,呈二次函数关系,存在最优解。通过对比尺寸不规则度不同但形状不规则度相同的3D Voronoi模型单轴拉伸力学性能,发现梯度方向比非梯度方向的屈服强度和破坏强度受尺寸不规则度的影响更明显,不同于单轴压缩,尺寸不规则度参数是影响单轴拉伸力学性能的重要细观结构参数。对细观结构对多胞材料力学性能的影响研究进行了完善,有助于多胞材料的优化设计。     

管状间隔阻尼结构刚度参数分析

管状结构因其使用寿命较短、更换频繁等问题,需对其进行间隔阻尼处理。为了取得较为理想的减振效果,应提高结构的损耗因子,而刚度参数的选择会直接影响阻尼结构的损耗因子数值。建立了刚度参数的数学模型,在考虑结构的横截面材料参数及几何尺寸的条件下,对其进行了计算分析。结果表明,在管状结构其余参数一致的条件下,刚度参数会随着间隔数目及最外约束层与基层的弹性模量比值、厚度比值的增加而有不同程度的提高,但当约束层与基层的弹性模量比值较大以及间隔数较少时,刚度参数显现出随着厚度比的增大而减小的趋势。分析结果可为阻尼处理研究提供参考。     

颗粒阻尼测试及其DMA测试盒研究

研究完善了DMA对颗粒阻尼性能的测试方法的建立,以及其标准测试盒的选择。结果表明:利用复合结构的特点,通过DMA测试与有限元模拟,从而计算出颗粒损耗因子的方法是可行的;在测试盒弹性模量为743 Mpa,壁厚尺寸为0.4 mm×0.4 mm的测试盒具有最优的测试性能,弹性模量越小,壁厚尺寸越小对测试的效果越好;利用损耗因子为0.02~0.12之间的标准小钢珠对测试盒进行验证,发现计算得出的结果在钢珠损耗因子范围内。     

金属橡胶支座力学性能试验

为测试金属橡胶支座的力学性能是否满足桥梁支座使用要求,分别通过压缩试验、转动试验和振动台试验对金属橡胶支座的力学性能展开研究。通过压缩试验获得不同荷载下支座的竖向力-位移关系曲线,基于MATLAB平台对支座应力-应变关系曲线拟合后求导,得到支座的切线模量,构造出切线模量的数学表达式,并以此为基础推导出支座竖向刚度-竖向力的计算公式;考虑支座竖向应力,对金属橡胶支座进行转动性能试验,获得支座的转动力矩-转角关系曲线;对采用金属橡胶支座的桥梁模型进行振动台试验,得到模型各主要测点的位移和加速度,并与采用尺寸接近的板式橡胶支座桥梁模型振动台试验结果进行比较。研究结果表明:金属橡胶支座竖向力-位移关系曲线具有明显的非线性特征,金属橡胶支座的竖向承载力可以满足中小跨径公路桥梁支座的使用要求;支座的切线模量与应力为近似线性函数关系,以此为基础推导出支座刚度公式计算结果与试验结果吻合较好,提出的刚度计算公式在金属橡胶支座的初步设计时可以用来确定支座关键技术参数;转动刚度与其设计应力成线性关系,在支座设计及桥梁设计计算时需考虑竖向应力对支座转动刚度的影响;金属橡胶支座具有良好的减、隔震性能。     

多晶体金属疲劳寿命的非平衡统计模型

为了研究晶粒尺寸对多晶体金属疲劳寿命的影响，基于疲劳断裂非平衡统计理论和界面能模型，导出了多晶体金属的疲劳寿命随晶粒尺寸和应力振幅的变化公式．在其它参数保持不变的情况下，得出细晶粒多晶体金属的平均疲劳寿命随晶粒尺寸和应力振幅的增加而减小的结论．并对2种特定细晶粒多晶体材料的晶粒尺寸和应力振幅对疲劳寿命影响的理论结果与实验结果进行了比较．结果表明所得理论与实验结果比较吻合。     

直线振动筛随机结构模态频率分析

振动筛在制造、安装等环节中不可避免地存在随机因素.本文基于随机结构模型对直线振动筛结构进行随机模态分析,给出了模态频率变异性的统计描述方法,研究了随机结构参数(橡胶弹簧弹性模量及密度、钢材弹性模量及密度)对振动筛模态频率的影响规律.结果表明:一阶矩意义下,橡胶弹簧弹性模量随机时对结构前三阶模态频率均值影响大,钢材密度随机时对结构高阶模态频率均值影响大;二阶矩意义下,橡胶弹簧弹性模量随机引起的前三阶模态频率相对其均值的动态偏离大,钢材弹性模量及密度随机引起的高阶模态频率相对其均值的动态偏离大;橡胶弹簧密度随机时对模态频率影响很小.对模态频率变异的灵敏参数分析得出:橡胶弹簧弹性模量随机时对低阶频率(前三阶)的相对均差系数及变异系数影响最灵敏.钢材弹性模量随机对高阶频率变异系数影响最灵敏,钢材密度随机对高阶频率的相对均差系数影响最为灵敏.     

不同基准混凝土强度橡胶混凝土力学性能

为了探讨不同基准混凝土强度(C60,C40和C20)下,橡胶粉体积取代率和橡胶粉粒径对混凝土力学性能的影响,采用混凝土常规力学性能试验方法进行了橡胶混凝土和易性、抗压强度以及弹性模量试验。试验结果表明:橡胶混凝土立方体抗压强度、坍落度和弹性模量均随体积取代率的增加、橡胶粉粒径的增大而降低;橡胶粉体积取代率与强度降低系数之间存在较好的线性关系,回归分析的橡胶混凝土抗压强度方程形式简单,具有较理想的精度。     

测定粘弹性阻尼材料特性的理论依据及数据处理

阻尼材料的两个重要参数是损耗因子和弹性模量。为了获得最佳的阻尼效果,不仅要求阻尼材料具有较高的损耗因子,还需要有较好的弹性模量。本文就测定粘弹性阻尼材料损耗因子和弹性模量所依据的主要公式进行了理论推导,并对测得的数据进行了处理,据此选定了几种适用于降低锯切噪声的阻尼材料。     

刚柔复合齿轮结构参数对其动态特性的影响分析

刚柔复合齿轮是通过内部柔性部件自适应变形协调实现高可靠精密传动的新型齿轮.为了探究复合齿轮变形协调参数对其动态特性的影响,在建立刚柔复合齿轮综合啮合刚度模型的基础上,采用ADAMS建立了刚柔复合齿轮副虚拟样机.分析了齿圈与轮毂之间的间隙、齿轮副的中心距、金属橡胶的弹性模量对复合齿轮齿圈加速度、角加速度、啮合力和动态传动误差等动态特性的影响规律.仿真结果表明:减小齿轮副中心距使得齿圈与轮毂角加速度和齿轮副啮合力明显减小,传动精度也有所提高;增加金属橡胶弹性模量可以有效抑制齿圈振动加速度,但啮合力增加;齿圈与轮毂间隙增大,齿圈的加速度增加,传动误差增大,角加速度有所减小.综合以上因素,减小齿轮副中心距和齿圈与轮毂间隙,增加金属橡胶弹性模量可以减小复合齿轮振动,提高传动精度.     

履带车辆行驶装置橡胶力学性能试验研究

对用于履带车辆行驶装置的负重轮轮缘、履带板衬垫、销耳衬套３种橡胶的力学性能进行了测试，得到了３种橡胶杨氏模量和剪切模量以及动态损耗因子的量值和变化趋势，验证了小变形情况下橡胶应力－应变关系统计理论的正确性．在此基础上，分析了３种橡胶材料性能对履带车辆行驶装置的影响．     

高度方向尺寸对铝蜂窝面外力学性能的影响

对10种不同高度的正六边形商用铝蜂窝进行了加载速率为6 mm/min的面外单轴压缩实验,以此来确定高度方向的尺寸对铝蜂窝力学性能(曲线模量、弹性模量、峰值应力、平台应力以及密实化应变)的影响,并对各尺寸试样的力学性能进行了比较。实验结果表明:铝蜂窝试样高度方向的尺寸对其峰值应力、以及平台应力几乎没有影响,但是密实化应变和弹性模量对蜂窝试样的高度方向的尺寸是敏感的,并且均随H/d增大而增大,对于密实化应变在H/d3.46时趋于稳定,而高度尺寸直到H/d4.16对弹性模量的影响才消失。其中H为蜂窝试样高度方向的尺寸,d是蜂窝细胞的尺寸。为了获得铝蜂窝结构稳定的力学参数,蜂窝试样高度尺寸与其胞元尺寸的比值至少应大于4.16。     

基于非成型向金属橡胶的大载荷管路减振器的阻尼耗能特性研究

针对所设计的大载荷管路系统用金属橡胶减振器,进行阻尼耗能特性研究.采用单因素控制和正交试验的方法,研究该减振器在正弦激励作用下,其阻尼耗能特性随外部激励频率、金属橡胶密度、激励振幅、预紧间距和温度的变化情况,以及该减振器阻尼耗能特性对于不同影响因素的敏感程度.研究发现,该减振器的阻尼耗能性能随着激励频率的增加而增加,随着加载振幅的增加而降低,而随着预紧间距的增加而减小.当温度范围为30～200℃时,该减振器的阻尼耗能性能变化不大,在200～300℃时阻尼耗能性能随温度的增加而减小.通过正交试验的极差分析,得到各因素对该金属橡胶减振器阻尼耗能性能的影响程度依次为:激励振幅>预紧间距>金属橡胶密度>激励频率.     

覆带车辆行驶装置橡胶力学性能试验研究

对用于覆带车辆行驶装置的负重轮轮缘，覆带板衬垫，销耳衬套３种橡胶的力学性能进行了测试，得到了３种橡胶杨氏模量和剪切模量以及动态损耗因子的量值和变化趋势，验证了小变形情况下橡胶应力－应变关系统计理论的正确性。在此基础 上，分析了３种橡胶材料性能对覆带车辆行驶装置的影响。     

双尺度炭黑粒子复配对天然橡胶复合材料性能的影响

采用炭黑N660、N110复配制备炭黑/天然橡胶复合材料。通过扫描电镜(SEM)和橡胶加工分析仪(RPA)等表征方法对不同互配比的炭黑/天然橡胶复合材料的微观结构及性能进行表征。研究了不同互配比的炭黑对天然橡胶复合材料的动态力学性能及耐切割性能的影响。研究结果表明,恰当的双尺度炭黑复配可降低炭黑粒子之间的相互作用,从而明显改善炭黑在橡胶复合材料中的实际分布粒径,提高炭黑的分散性。橡胶复合材料的动态损耗可能是橡胶分子链之间的摩擦损耗、橡胶和炭黑的界面摩擦损耗、炭黑粒子之间的摩擦损耗共同作用的结果。当炭黑N110和N660互配比为40:10时,试样良好的实际粒子分散性和较高的结合胶含量使其具有最小的动态损耗因子,同时表现出最好的耐切割性能。     

大变形条件下短纤维增强橡胶基复合材料的力学行为

建立了短纤维增强橡胶基复合材料(SFRC)的细观代表体元,数值模拟了大变形条件下材料的力学行为。研究了纤维体积分数、界面厚度以及界面相性质对SFRC力学性能的影响。结果表明:大变形条件下SFRC的力学性能随纤维体积分数的增加有显著改善;相同体积分数前提下,界面越厚,SFRC的力学性能越好;纤维、界面与基体弹性模量的等差过度有利于减小纤维在界面附近的应力集中。     

用有限元法分析轮胎结构与滚动阻力的关系

子午线轮胎的滚动阻力是影响汽车燃油经济性的一个基本因素,它受到越来越多的汽车生产商和消费者的重视.到目前为止,我国轮胎企业在降低轮胎滚动阻力方面所采取的措施主要是降低橡胶,特别是胎面胶的损耗因子,基本上很少从结构上考虑如何降低滚动阻力. 采用3D有限元分析法对特定的子午胎在不同负荷、不同速度下的滚动阻力进行了预测,在有限元模型的建立上,利用MSC.MARC软件,对子午胎的胎体、带束层、胎圈等部位采用了膜加强筋单元以及实体加强筋单元进行模拟,对橡胶材料则采用Yeoh材料模式来描述,橡胶的滞后损失由橡胶加工分析仪获得.所得的结果与实测值进行了比较,并获得了良好的效果.在此基础上,通过改变子午胎的结构设计参数以及橡胶的损耗因子,分别计算滚动阻力的变化,主要讨论结构设计参数变化对子午胎滚动阻力的影响.     

基于粘弹性阻尼层随机性自由阻尼层板简谐响应分析

基于粘弹性阻尼层材料参数和几何参数的随机性，用MonteCarlo直接抽样法对自由阻尼层板的简谐响应进行了分析研究，分别考察了粘弹性材料的贮存模量，损耗因子以及阻尼层厚度的随机性对复合结构简谐响应的振幅和相位差的影响，计算结果表明，共振时阻尼层的随机性对振幅和相位差的影响很大，非共振时影响不大。     

厚层橡胶隔震支座基本力学性能试验

为了研究厚层橡胶隔震支座的水平和竖向基本力学性能,设计2种不同形状系数的厚层橡胶支座,通过水平剪切和竖向压缩试验研究,对比分析在不同振幅、不同频率组合下的普遍橡胶支座、铅芯橡胶支座及厚层橡胶隔震支座基本力学性能.试验结果表明,厚层橡胶隔震支座在水平方向的基本力学性能良好,在竖向具有大变形能力,竖向刚度、变形特性及水平剪...