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变幅载荷下橡胶隔振器高温疲劳试验与建模方法研究

段小成  
【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。


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