变幅载荷下橡胶隔振器高温疲劳试验与建模方法研究

发布时间：2017-10-04 10:37

  本文关键词：变幅载荷下橡胶隔振器高温疲劳试验与建模方法研究

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【摘要】：橡胶隔振器是汽车隔振系统中的重要元件,其疲劳性能的好坏对整车的安全性、舒适性、操纵稳定性等都有重要影响。因此对橡胶材料、橡胶隔振器开展在高温环境与变幅载荷条件下的疲劳试验与寿命预测,这具有一定的学术意义和工程价值。论文的主要研究工作如下:(1)研究了橡胶材料在高温环境下的超弹性本构特性与Mullins效应。对填充天然橡胶进行高温环境下的单轴拉伸、等双轴拉伸与平面拉伸测试,获取其应力-应变数据应用测试得到数据,进行计算分析得到了描述其特征的本构模型;对橡胶材料的应力软化效应进行参数拟合,获得了Mullins效应的本构参数,准确表征橡胶材料的应力软化效果。(2)进行了橡胶材料在高温环境下的单轴疲劳特性的研究。基于裂纹萌生法对常见损伤参量进行总结,得出了损伤参量和疲劳寿命之间的关系。高温对橡胶材料疲劳寿命会产生明显的影响,研究结果表明:在较大的加载应变下,疲劳寿命随着温度的升高而快速下降,但在较小的加载应变下,由于高温软化的作用,对疲劳寿命影响不太明显。建立了基于等效应变幅值的疲劳寿命模型,建模考虑了加载应变峰值和均值,利用建立的模型,预测了橡胶试柱疲劳寿命,并与试验值进行对比分析,表明了模型的有效性。(3)建立了单轴变幅值载荷、高温条件下橡胶元件疲劳预测模型。通过对变幅疲劳载荷下的橡胶材料进行疲劳试验,研究了变幅载荷的应变比R、加载水平、加载顺序对填充天然橡胶的疲劳寿命的影响,研究了Miner线性累积损伤法则在填充天然橡胶变幅载荷疲劳预测中的适用性。(4)探究了隔振器类橡胶材料在高温环境下的疲劳裂纹扩展特性。对橡胶材料在撕裂能比R=0与撕裂能比R0的两种载荷工况下进行裂纹扩展试验,采用幂函数方法对实测裂纹扩展长度与循环次数进行拟合,从而计算得出裂纹扩展速率。建立了填充天然橡胶在高温环境下的表征裂纹扩展特性的统一寿命模型。(5)基于裂纹萌生法预测了一典型橡胶隔振器在高温环境下的疲劳寿命,在恒幅载荷与块载荷下的疲劳寿命预测值与实测值在1.5倍分散线以内。基于裂纹扩展法预测了橡胶隔振器在高温变幅载荷下的疲劳寿命,预测的疲劳寿命与实测的比值在0.87~1.31之间,具有较高的预测精度。
【关键词】：橡胶隔振器 疲劳寿命预测 高温疲劳试验 变幅载荷 Miner法则
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U467.3
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-25
• 1.1 研究背景与意义12-14
• 1.2 国内外研究现状14-23
• 1.2.1 基于裂纹萌生法的橡胶疲劳研究16-19
• 1.2.2 基于裂纹扩展法的橡胶疲劳研究19-22
• 1.2.3 高温环境下橡胶材料变幅载荷的疲劳特性研究22-23
• 1.3 论文的主要研究内容与结构23-25
• 第二章 高温环境下橡胶材料的超弹性本构模型研究25-47
• 2.1 引言25
• 2.2 橡胶材料简单受力变形与超弹性本构模型25-29
• 2.2.1 橡胶材料简单受力变形25-26
• 2.2.2 橡胶材料的超弹性本构模型构建26-28
• 2.2.3 考虑Mullins效应的伪弹性本构模型28-29
• 2.3 高温环境下橡胶材料力学特性试验29-41
• 2.3.1 试验原理与试样29-32
• 2.3.2 数据分析32-34
• 2.3.3 橡胶材料本构参数识别34-38
• 2.3.4 考虑Mullins效应的本构参数识别38-41
• 2.4 橡胶隔振器静态特性计算与验证41-45
• 2.4.1 橡胶隔振器选取与静态特性试验41-43
• 2.4.2 橡胶隔振器有限元建模43
• 2.4.3 橡胶隔振器静态特性计算结果分析43-45
• 2.5 本章小结45-47
• 第三章 恒幅载荷下橡胶材料单轴疲劳试验与建模47-75
• 3.1 引言47
• 3.2 橡胶材料疲劳试验基础理论47-50
• 3.2.1 疲劳试验载荷定义47-48
• 3.2.2 疲劳损伤参量定义48-50
• 3.3 橡胶材料单轴疲劳试验50-69
• 3.3.1 哑铃型试片单轴疲劳试验50-59
• 3.3.2 哑铃型试柱单轴疲劳试验59-69
• 3.4 考虑载荷比的橡胶材料单轴疲劳寿命模型69-74
• 3.4.1 考虑载荷比的等效应变幅值损伤参量69-70
• 3.4.2 考虑载荷比的统一寿命预测模型70-74
• 3.5 本章小结74-75
• 第四章 变幅载荷下橡胶材料单轴疲劳试验与建模75-89
• 4.1 引言75
• 4.2 变幅载荷下橡胶材料单轴疲劳试验75-78
• 4.2.1 试验方案75-77
• 4.2.2 试验结果与分析77-78
• 4.3 变幅载荷下橡胶疲劳寿命预测方法研究78-88
• 4.3.1 变幅加载下橡胶疲劳寿命预测理论基础78-80
• 4.3.2 变幅载荷下橡胶疲劳寿命预测结果分析80-83
• 4.3.3 应用实例83-88
• 4.4 本章小结88-89
• 第五章 高温环境下橡胶材料疲劳裂纹扩展试验与建模89-108
• 5.1 引言89
• 5.2 橡胶撕裂能和裂纹扩展速率89-94
• 5.2.1 材料与试件90-91
• 5.2.2 高温环境下橡胶静态强度获取方法91-93
• 5.2.3 高温环境下橡胶裂纹扩展试验方法93-94
• 5.3 高温环境下橡胶材料裂纹扩展试验与建模94-105
• 5.3.1 撕裂能比R=0 的橡胶材料裂纹扩展试验与建模94-99
• 5.3.2 撕裂能比R>0 的橡胶材料裂纹扩展试验与建模99-104
• 5.3.3 裂纹扩展统一疲劳寿命模型建立104-105
• 5.4 高温环境下橡胶材料初始裂纹确定105-106
• 5.5 本章小结106-108
• 第六章 高温与变幅载荷下橡胶隔振器的疲劳寿命预测108-119
• 6.1 引言108
• 6.2 橡胶隔振器有限元模型与疲劳载荷108-112
• 6.2.1 橡胶隔振器有限元模型108-110
• 6.2.2 开裂能密度计算110
• 6.2.3 疲劳载荷110-112
• 6.3 橡胶隔振器的疲劳试验验证112-114
• 6.4 橡胶隔振器的疲劳寿命预测114-117
• 6.4.1 基于裂纹萌生法的疲劳寿命预测114-115
• 6.4.2 基于裂纹扩展法的疲劳寿命预测115-117
• 6.5 本章小结117-119
• 总结与展望119-122
• 参考文献122-131
• 攻读博士学位期间取得的研究成果131-132
• 致谢132-133
• 附件133

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