橡膠球鉸的剛度與疲勞壽命分析.pdf

1、橡膠材料包括天然橡膠和合成橡膠,因其具有超彈性、大變形等力學(xué)特性,在許多工程領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。本文中研究的橡膠球鉸是由金屬外套、金屬芯軸和橡膠筒組成,廣泛應(yīng)用在機(jī)械、鐵道車輛以及汽車等領(lǐng)域,用于傳遞軸向、徑向、扭轉(zhuǎn)、偏轉(zhuǎn)等多向載荷,同時(shí)在載荷傳遞過程中起到消減沖擊和振動(dòng)的作用。由于載荷傳遞的需要,橡膠球鉸必須具有合適的剛度。另一方面,橡膠球鉸通常在交變載荷下使用,球鉸可能因疲勞而失效,因此研究其疲勞性能同樣具有非常重要的意義。為提高疲

2、勞強(qiáng)度和使用壽命,通常在球鉸制作過程中對(duì)金屬外套進(jìn)行擠壓,使橡膠部分處于徑向預(yù)壓狀態(tài)。然而擠壓引起的預(yù)壓縮量對(duì)各向剛度和疲勞壽命的影響卻少有研究。
　　本文以現(xiàn)代軌道交通車輛常用的一種橡膠球鉸為研究對(duì)象,研究其橡膠材料的本構(gòu)行為、球鉸的剛度和疲勞壽命。主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)果如下:
　　1.簡(jiǎn)要評(píng)述了橡膠超彈性本構(gòu)模型的研究進(jìn)展。對(duì)球鉸用橡膠材料的標(biāo)準(zhǔn)試樣開展單軸拉伸、等雙軸拉伸和平面拉伸力學(xué)行為測(cè)試,并通過常用的幾種橡膠超彈性本

3、構(gòu)模型進(jìn)行分析,討論各模型對(duì)球鉸橡膠本構(gòu)行為描述的適用性。結(jié)果表明,四階Ogden模型可以很好地描述各實(shí)驗(yàn)的力學(xué)行為。
　　2.對(duì)橡膠球鉸進(jìn)行軸向、徑向、偏轉(zhuǎn)和扭轉(zhuǎn)靜剛度測(cè)試和有限元分析,兩者結(jié)果基本吻合。在有限元分析中考慮了預(yù)壓縮量對(duì)靜剛度的影響,結(jié)果表明,各向剛度均隨預(yù)壓縮量的增大而增大。
　　3.對(duì)橡膠沙漏試樣進(jìn)行疲勞測(cè)試,結(jié)果顯示其疲勞壽命與最大對(duì)數(shù)主應(yīng)變滿足負(fù)冪律關(guān)系。將材料的疲勞壽命方程應(yīng)用到橡膠球鉸的疲勞壽命分