微孔聚氨酯彈性材料力學(xué)性能研究及應(yīng)用.pdf

1、隨著高速列車(chē)的迅猛發(fā)展，特別是高鐵、地鐵以及城際交通的發(fā)展，有砟軌道面臨的臨界速度，橋上穩(wěn)定性，道砟飛濺和平順性等問(wèn)題難以解決，而無(wú)砟軌道因其優(yōu)良的綜合性能開(kāi)始廣泛地應(yīng)用于高速鐵路、地鐵以及城際軌道交通建設(shè)中。在無(wú)砟軌道中，與之匹配的扣件系統(tǒng)不僅要起到固定軌道的作用，還須具備一定的減振/隔振功能，而扣件系統(tǒng)中的彈性墊板提供了減振/隔振所需要的彈性和阻尼。由于微孔聚氨酯彈性墊板具有更好的機(jī)械性能和加工性能，被廣泛用作無(wú)砟軌道WJ-8等扣件

2、的彈性墊板，替代原有的橡膠墊板作為無(wú)砟軌道的主要減振部件，起到緩沖列車(chē)載荷的沖擊的作用。然而在工程應(yīng)用中，國(guó)內(nèi)對(duì)微孔聚氨酯粘彈性材料力學(xué)特性的相關(guān)研究還不多見(jiàn)，由于其動(dòng)力學(xué)粘彈性能方面的研究對(duì)材料的工程應(yīng)用中尤為重要，因此有必要對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行全面的描述。
　　本課題以微孔聚氨酯彈性墊板為研究對(duì)象，通過(guò)準(zhǔn)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)和DMTA（Dynamic Mechanical Thermal Analyse）動(dòng)態(tài)力學(xué)熱分析實(shí)驗(yàn)，研究探討微孔聚氨酯

3、彈性材料的超彈性能及粘彈性能。本文工作的主要內(nèi)容如下：
　　首先，概述了微孔聚氨酯材料在軌道交通、汽車(chē)工業(yè)、工程機(jī)械等工程領(lǐng)域中的應(yīng)用背景以及國(guó)內(nèi)外對(duì)微孔聚氨酯彈性材料靜動(dòng)態(tài)力學(xué)特性的研究現(xiàn)狀。
　　其次，引用超彈性材料的本構(gòu)模型表征微孔聚氨酯彈性材料的非線(xiàn)性靜態(tài)力學(xué)性能。為研究現(xiàn)有超彈材料本構(gòu)模型對(duì)微孔聚氨酯彈性材料適用性，進(jìn)行了微孔聚氨酯彈性材料的拉伸、壓縮和純剪切力學(xué)實(shí)驗(yàn)，獲得了不同應(yīng)變條件下的應(yīng)力應(yīng)變實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)

4、等效原理將壓縮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為等雙軸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。利用獲得的微孔聚氨酯彈性材料實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)有經(jīng)典超彈材料本構(gòu)模型進(jìn)行擬合，得到了相應(yīng)的本構(gòu)模型參數(shù)，并通過(guò)誤差分析對(duì)超彈材料本構(gòu)模型的適用性進(jìn)行了分析評(píng)估。
　　第三，對(duì)微孔聚氨酯彈性材料進(jìn)行動(dòng)態(tài)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)研究。本文應(yīng)用 DMTA實(shí)驗(yàn)方法研究微孔聚氨酯彈性材料的儲(chǔ)能模量和損耗因子與溫度、頻率以及振幅之間的關(guān)系，探討不同的影響因素對(duì)于微孔聚氨酯彈性材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響規(guī)律。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有粘彈

5、性本構(gòu)模型的討論，采用不同階數(shù)的廣義Maxwell本構(gòu)模型對(duì)材料的粘彈性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，獲得相應(yīng)的本構(gòu)模型參數(shù)，并通過(guò)誤差分析確定較為精確的模型階數(shù)。
　　然后，利用超彈性和粘彈性力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合確定的相應(yīng)本構(gòu)模型參數(shù)值，對(duì)WJ-8扣件用微孔聚氨酯彈性墊板進(jìn)行有限元仿真，并對(duì)其進(jìn)行了動(dòng)、靜態(tài)產(chǎn)品臺(tái)架實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果對(duì)比以及誤差分析表明，超彈本構(gòu)模型的仿真精度從低到高依次為Yeoh模型、M-R模型和Ogden三階模型，