N330炭黑增强天然橡胶材料力学性能的实验研究

为了研究炭黑对橡胶材料力学性能的影响,对9种不同体积含量的炭黑填充橡胶材料进行了准静态力学实验研究。利用循环拉伸加卸载实验分析了炭黑对橡胶Mullins效应及能量损耗的影响,通过单轴拉伸实验研究了炭黑对橡胶材料刚度和起始模量的影响,采用多步松弛拉伸加卸载实验研究了炭黑对橡胶材料应力行为的应变历史相关性的影响。实验结果表明:炭黑填充量越高,橡胶材料的刚度越大,初始模量越大,Mullins效应也越明显;随着炭黑填充量的增加,橡胶在加卸载循环中所产生的迟滞损耗、Mullins效应相对能量损耗以及残余应变都呈现出非线性增长趋势;随着炭黑填充量的升高,橡胶在加卸载过程中的应力松弛现象越明显,其平衡态迟滞损耗以及与时间相关部分的迟滞损耗也越大。     

炭黑填充橡胶材料的修正三链模型和Mullins模型

论文探讨了炭黑颗粒填充橡胶材料的本构模型.考虑到橡胶单个分子链与周围分子网络的约束作用和炭黑颗粒对橡胶的补强作用,提出了一种修正三链模型,用Edwards管模型描述分子链之间的相互作用和约束,采用应变放大因子来考虑炭黑含量的影响.并在修正三链模型的基础上,利用橡胶分子网络重构理论,提出了一种适合表征橡胶Mullins现象的本构模型.通过与实验数据比较分析,修正三链模型可较准确地表征未填充橡胶材料不同变形模式的力学性能和炭黑颗粒填充橡胶材料的单向拉伸力学行为,Mullins模型也可较好地描述橡胶材料的Mullins现象.     

温度对炭黑填充橡胶复合材料力学性能影响的实验研究

采用岛津万能试验机对天然与丁苯共混橡胶(NSBR)试件进行不同温度下多步松弛循环加卸载实验和单向拉伸加卸载循环实验，对比两者的宏观力学响应，并研究温度对炭黑填充复合材料力学性能的影响．结果表明：(1)随着温度的升高，未填充橡胶逐渐变“硬”，而炭黑填充橡胶是“先变软后变硬”．(2)随着温度的升高，橡胶的迟滞损耗呈线性减小．(3)比较单向拉伸和应力松弛平衡点的应力应变曲线，填充橡胶“先变软后变硬”的温度转折点不同，这是由于应力松弛过程基本消除了粘弹性效应．     

一种适合橡胶类材料的非线性粘弹性本构模型

借助非线性流变模型建立大变形情况非线性粘弹材料的本构关系,考虑到大多数橡胶类材料具有的几乎不可压缩性,以及体积响应和剪切响应的流变性能不同,将变形梯度乘法分解为等容部分和体积变形部分,给出了一种适合橡胶类材料的非线性粘弹性本构模型,并模拟了粘滞效应。对于极快或极慢的过程,该模型退化为橡胶弹性理论;在小变形情况下退化为经典的广义Maxwell粘弹性材料。模型与热力学第二定律相容,适合于大规模数值分析。     

共混/填充高分子复合材料界面力学行为实验研究进展

本文首先介绍了高聚物复合材料界面微观结构的特点和界面破坏的微观形式, 在此基础上,详细回顾了粒子填充高分子复合材料和共混高分子合金两类材料的界面力学性能实验研究的进展,总结了研究粒子/基体界面力学性能的实验方法和用这些方法获得的实验结果。介绍的实验方法从宏观拉伸实验到细观在位拉伸实验, 从定性的断口形貌分析到定量的界面强度和粘结能计算, 从不同层次和角度阐述了研究界面性能各种方法的优缺点。最后, 作者根据综合分析的结果, 指出了实验研究界面力学性能遇到的主要困难来自实验仪器的局限性和实验方法的匮乏性。为了获得可靠的界面性能, 一方面应该设计出利于表征的界面, 另一方面需要在实验技术上有所创新。相信该文对于深入了解和研究共混/填充高分子复合材料的界面问题, 以及其它类型材料的界面问题具有一定的借鉴意义。      

炭黑增强对橡胶复合材料温度相关力学行为的影响

利用含温度箱的自动网格法测试系统,对不同炭黑含量的橡胶复合材料开展不同温度下的超弹性性能试验,考察了炭黑增强对其温度相关力学行为的影响。结果表明,温升过程中炭黑颗粒对橡胶基体的增强作用在逐渐减弱,与之相关的内能弹性效应也逐渐减小,加上橡胶基体本身的熵弹性效应,这两者共同决定了炭黑增强胶料会随着温度的升高"先变软后变硬",而非如纯胶料般随着温度的升高直接变"硬"。换言之,温度变化对颗粒与基体间相互作用造成的影响,使得炭黑增强橡胶的温度相关力学行为比不含炭黑的纯橡胶更为复杂。另外,依据试验研究的结果,本文还推导了修正八链模型的温度相关显式表达式,它能较好地表征胶料超弹性力学行为与温度的相关性。     

基于等效阻尼理论的金属橡胶弹性迟滞力学模型及实验研究

针对弹性多孔金属橡胶非线性迟滞特性力学行为,将迟滞恢复力-位移曲线分解为非线性单值曲线和椭圆,并将等效阻尼理论用于动态力学性能参数识别,从而建立了一种新型的适用于黏弹性阻尼材料的宏观唯象力学模型。采用不同相对密度的环形金属橡胶进行动态实验测试,以验证理论模型的准确性,结果表明该模型可将具有非线性特性的金属橡胶系统进行降阶处理,提高金属橡胶力学模型的预测效率,并能很好地描述金属橡胶的迟滞力学行为。另外,研究了在不同激励频率条件下金属橡胶的阻尼耗能特性。实验结果表明:在高频加载的条件下,黏性阻尼系数对动态加载频率不敏感,阻尼耗能与加载幅值之间呈线性正相关。基于等效阻尼理论的弹性迟滞力学模型具有一定的普适性,可进一步推广应用于类似弹性多孔材料的力学性能表征,为其工程应用提供理论基础。     

考虑温度效应的沥青混合料粘弹性力学模型

提出一种同时考虑时间和温度效应的沥青混合料本构模型,基于传统的Burgers模型,得到新模型的粘弹性力学参量.采用4种温度下的实验数据对模型参数进行标定,运用新的本构模型对实验结果进行拟合,拟合曲线比传统的Burgers模型拟合曲线更加吻合实验数据,能更好地反应沥青混合料的物理力学行为,同时新模型的物理意义更明确.本模型为进一步研究沥青路面的路用性能和破坏机理提供了新的理论工具,丰富了粘弹性力学理论.     

不同温度下橡胶的动态力学性能及本构模型研究

利用带有温度调控装置的SHPB(Split Hopkinson Pressure Bar)试验装置和岛津材料试验机,测定了CR橡胶在不同温度(-20℃~50℃),不同应变率(5×10-3/s~3×103/s)条件下的应力应变曲线。结果表明:CR橡胶的力学性能具有温度敏感性和应变率敏感性,两者有一定的等效性,且在动态条件下,-20℃时的应力应变曲线表现出向“玻璃态”转变的特性。本文在以前研究者提出的率相关本构模型的基础上进行了改进,同时考虑了温度效应的影响,提出了一个能描述CR橡胶在不同温度和应变率下的一维压缩力学行为的本构模型,该模型和试验数据有很好的一致性,为数值模拟提供了重要的依据。     

较大变形范围内炭黑填充胶料超弹性力学性能温度相关性的实验研究

基于含温度箱的自动网格法试验系统,本文对不同温度下炭黑颗粒填充胶料的超弹性力学行为进行了实验研究.研究表明,填充胶料在较大范围内的超弹性力学行为存在着温度相关性,其特点是:胶料随着温度的升高而"先变软后变硬".在温度升至临界温度以前,胶料中分子热运动增强所导致的软化趋势占主导作用,所以胶料随温度升高而变软;当温度超过临界温度后,胶料的熵弹性效应占据主导作用,即胶料将随温度升高而变硬.研究结果还表明,修正八链模型可以较准确表征不同温度下轮胎胶料的超弹性力学行为.     

陶瓷粉填充尼龙1010的摩擦磨损性能研究

以微米级有机陶瓷粉末为增强材料,用KH-550硅烷偶联剂对陶瓷粉末进行表面处理制备出陶瓷/尼龙复合材料,在环-块摩擦磨损试验机上评价了陶瓷/尼龙复合材料与钢配副的摩擦磨损性能,并对其力学性能进行测试.结果表明:陶瓷粉末含量在5%～25%时,陶瓷/尼龙1010复合材料的摩擦系数增至0.46左右,当陶瓷粉末含量为30%～40%时,其摩擦系数降至0.41;含5%～40%陶瓷粉末的陶瓷/尼龙1010复合材料的相对磨损率为纯尼龙相对磨损率的26%～42%;陶瓷粉末填充尼龙可以提高复合材料的力学性能,其表面硬度随着陶瓷粉含量增加而呈线性增长,拉伸强度提高16.7%;硅烷偶联剂能够改善陶瓷粉末与尼龙基体的结合强度.这是由于复合材料表面熔融和粘着转变为浅的犁沟,致使陶瓷/尼龙1010复合材料的相对磨损率减小.     

充气压力容器高速撞击实验研究

为了确定高速撞击条件下压力容器发生具有撕裂的简单穿孔和裂纹失稳扩展的界限 ,实验采用长径比为 0 56的铝柱状弹丸在约 1 7km/s的速度下正撞击铝罐。大部分实验采用的是未防护的铝罐 ,铝罐的压力从 0～ 0 4MPa变化来探索获得不同损伤形式的压力条件。给出了铝罐前、后壁从穿孔到裂纹失稳扩展的实验结果。防护铝罐的主要损伤是其前壁的裂纹失稳扩展。确定了发生裂纹失稳扩展的临界压力 ,并对发生裂纹失稳扩展的临界尺寸进行了分析。     

Experimental Investigation of the Inelastic Response of Pig and Rat Skin Under Uniaxial Cyclic Mechanical Loading

Experimental Mechanics - Skin is a highly non-linear, anisotropic, rate dependent inelastic, and nearly incompressible material which exhibits substantial hysteresis even under very slow...     

轴心受压H型截面钢柱火灾行为的试验研究

本文对4根H型截面钢柱进行了火灾行为的试验研究。全部火灾试验采用自行研制的火灾试验炉,试验结果表明炉子性能稳定,使用方便。试验采用足尺试验形式,柱长3300mm。钢柱轴心受压,其中两个限制轴向变形,另两个不限制轴向变形。柱两端采用单向刀口支座,允许钢柱绕强轴转动。钢柱试验中考虑荷载大小和是否限制轴向变形两个因素。通过试验,得出了钢柱在火灾下的侧向变形和轴向变形随温度变化情况。试验证明:钢柱受火时,轴向变形明显的分为膨胀阶段和压缩阶段。压缩阶段很短,一旦进入压缩阶段,钢柱很快破坏。钢柱受到的外加荷载越大,其极限温度越低。限制轴向变形的钢柱极限温度降低。试验研究为今后钢结构火灾行为研究提供了依据。     

温度对高应变率下三元乙丙橡胶力学性能影响的实验研究

利用加装了自行研制的半导体高低温调控装置的特别加长的分离式Hopkinson杆,对三元乙丙橡胶在变温度(233K～323K)、变应变率(1.8×103/s～3×103/s)条件下进行力学性能实验.为贴近军事装备相关的自然环境要求,分别测定和拟合了三元乙丙橡胶在各个相同温度条件下不同应变率以及各个相同应变率条件下不同温度的应力-应变曲线.结果表明:三元乙丙橡胶的力学性能受温度和应变率影响明显,其刚度随着应变率的增加而增加,其柔性随着温度的增加而增强.温度和应变率对其力学性能的影响有一定的等效性.文中给出了三元乙丙橡胶材料高应变率条件下由橡胶态向玻璃态转变的温度值.     

铜包石墨填充PTFE基复合材料摩擦学特性的研究

研究了铜包石墨和铜／石墨混合填充ＰＴＦＥ基复合材料的微观结构、力学性能及摩擦学特性。结果表明,铜包石墨填充ＰＴＦＥ复合材料的抗压缩性能、抗拉伸性能以及耐磨性能均伏于铜／石墨混合填充ＰＴＦＥ复合材料,其原因在于铜包石墨既增强了填料与ＰＴＦＥ的界面结合强度,又保证了ＰＴＦＥ连续相的完整性。此外,石墨表面铜包敷层的结构疏松、晶粒细小,有利于提高转称膜的结合强度并减轻摩擦过程中对偶材料的损伤。     

铜包石墨填充PTFE基复合材料 摩擦学特性的研究

研究了铜包石墨和铜／石墨混合填充ＰＴＦＥ基复合材料的微观结构、力学性能及摩擦学特性．结果表明,铜包石墨填充ＰＴＦＥ复合材料的抗压缩性能、抗拉伸性能以及耐磨性能均优于铜／石墨混合填充ＰＴＦＥ复合材料,其原因在于铜包石墨既增强了填料与ＰＴＦＥ的界面结合强度,又保证了ＰＴＦＥ连续相的完整性．此外,石墨表面铜包敷层的结构疏松、晶粒细小,有利于提高转移膜的结合强度并减轻摩擦过程中对偶材料的损伤     

钢丝帘线泊松比的实验研究

本文对钢丝帘线／橡胶复合材料中的钢丝帘线泊松比的定义提出了新的见解，建议用钢丝帘线横截面变化率代替其横向应变，并提出了利用扫描电子显微镜测定截面变化率的实验方法