減振橡膠的黏滯生熱及可靠性分析.pdf

1、炭黑填充橡膠有優(yōu)良的阻尼性能，被廣泛用于各種隔振結(jié)構(gòu)。實踐表明，橡膠材料導(dǎo)熱系數(shù)較低，在循環(huán)受載中由于黏滯損耗導(dǎo)致溫度上升，過熱軟化及熱老化引起材料性能衰變而導(dǎo)致的失效是橡膠結(jié)構(gòu)疲勞失效的一種主要模式。因此，對橡膠材料的黏滯生熱特性進(jìn)行實驗與數(shù)值模擬具有很大的研究意義。另外，橡膠材料動力學(xué)響應(yīng)的非線性程度較高，且材料強度等性能指標(biāo)通常隨使用時間衰減；同時，橡膠結(jié)構(gòu)的部分參數(shù)，如材料本身的物理性能參數(shù)和外加載荷參數(shù)，具有分散性和隨機性，而

2、實驗數(shù)據(jù)的不足可能導(dǎo)致無法構(gòu)造出精確的概率模型來描述這些參數(shù)，而只能通過有限的數(shù)據(jù)得到其變化區(qū)間。以隨使役時間衰減的過熱失效為準(zhǔn)則，結(jié)合橡膠結(jié)構(gòu)動態(tài)變形溫度場模型，得出橡膠結(jié)構(gòu)的概率-區(qū)間混合動態(tài)可靠度分析模型。本文首先依據(jù)實驗分析了外加載荷的頻率和幅值等條件對橡膠動態(tài)溫升的影響，然后通過有限元軟件對橡膠動態(tài)溫升進(jìn)行了數(shù)值模擬，最后由過熱失效準(zhǔn)則得到極限狀態(tài)函數(shù)，并據(jù)此對橡膠結(jié)構(gòu)的可靠性進(jìn)行了分析。主要的工作概述如下：
　　1.采

3、用Gabo Eplexor500N動態(tài)熱機械分析儀對不同頻率、不同振幅下的填充橡膠圓柱體試樣進(jìn)行時間掃描，結(jié)果表明：動態(tài)壓縮過程中炭黑填充橡膠的應(yīng)力-應(yīng)變曲線為環(huán)狀，黏滯損耗導(dǎo)致溫度上升明顯；利用熱像儀ThermaCAM SC3000記錄了圓柱體表面在壓縮過程中的溫度場，發(fā)現(xiàn)其溫度隨加載時間先增大然后到達(dá)一個穩(wěn)定值。根據(jù)能耗計算公式和溫度場控制方程，建立了橡膠動態(tài)加載過程的溫升計算模型，能對材料的溫升進(jìn)行較好的預(yù)測。
　　2.用數(shù)

4、值軟件模擬實驗條件下的橡膠圓柱體結(jié)構(gòu)動態(tài)溫升過程。用ABAQUS軟件的顯式瞬態(tài)分析模塊和熱-力耦合功能對橡膠圓柱體結(jié)構(gòu)在室溫下的動態(tài)溫升過程進(jìn)行模擬。有限元分析結(jié)果與實驗結(jié)果對比表明：橡膠圓柱體結(jié)構(gòu)在動態(tài)加載過程中同樣表現(xiàn)出明顯的黏滯特性，溫升曲線走向一致，溫度上升明顯。
　　3、橡膠結(jié)構(gòu)件的可靠性分析。在給定的外載條件下，求得各設(shè)計基準(zhǔn)期炭黑填充橡膠圓柱體的可靠性指標(biāo)和失效概率。由于區(qū)間變量的存在和考慮極限溫度的衰減，得到的可靠