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．     

橡胶隔震支座温度相关性的研究进展

高阻尼橡胶(high damping rubber, HDR)材料具有良好的耗能性能, 在建筑和桥梁抗震设计中得到了广泛应用. 以往研究表明, 其力学行为主要受温度、加载速率和历史幅值等多种因素的影响. 既有HDR本构模型大都只针对其中一种或两种因素进行研究, 且未能综合考虑Mullins效应的影响, 存在一定的缺陷. 针对这种情况, 为研究温度、加载速率和历史幅值对HDR力学行为的影响, 进行了HDR试件的多工况变幅循环压剪试验. 首先将HDR本构模型分解为超弹性部分和黏弹性部分的叠加, 并引入考虑温度影响的时温等效方程、考虑Mullins效应的损伤函数, 最终得到了一种包含Mullins效应的HDR热-超-黏弹性本构模型. 然后使用Python的第三方库Scipy中的optimize模块对试验数据进行非线性最小二乘法的分步拟合, 得到了相应的本构模型参数. 最后, 根据参数变化规律拟合得到参数随温度和应变率变化的公式, 并补充部分试验, 以验证提出的HDR本构模型的有效性和适用性. 结果表明, 提出的本构模型能够较好地描述HDR材料复杂的应力-应变关系, 准确地表述温度、加载速率和历史幅值的影响, 同时具有较好的适用性.

     

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。     

温度影响下炭黑增强橡胶复合材料的循环拉伸力学行为

为研究温度变化与炭黑增强对橡胶复合材料循环拉伸力学行为的影响,利用含温度箱的非接触式自动网格法测试系统,对4种不同炭黑含量的填充橡胶开展了不同温度下的阶梯式加卸载拉伸力学实验.实验结果表明,在各个循环段,炭黑填料对橡胶基体的增强效应都随温度升高而减弱,且温度越高,增强效应的减弱趋势越平缓,这是导致填充橡胶循环拉伸力学行...     

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.     

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.