显式模拟类橡胶材料Mullins效应滞回圈

通过显式、直接的方法提出一个多轴可压缩应变能函数,用来模拟类橡胶材料在加载——卸载作用下,由于Mullins效应而产生的应力——应变滞回圈. 本文的创新点在于将表征能量耗散的变量引入到应变能函数.新的弹性势具有以下两个特点:第一,在加载情况下,新引入的变量不会对弹性势产生任何影响,因此,只要给出合适的形函数显式表达,3个基准实验,包括单轴拉伸和压缩,等双轴拉伸和压缩,以及平面应变,都可精确模拟;第二,新引入的变量在卸载情况下将被激活.在不同的卸载应力下,变量将发生改变,从而影响弹性势,使其最终产生不同的应力——应变关系卸载曲线,与对应的加载曲线共同构成应力——应变滞回圈.通过对Mullins效应实验数据进行分析和研究,得出了卸载形函数在不同卸载应力下变化的规律,并预测不同卸载应力下的应力——应变关系.最后,我们将得到精确匹配实验数据的数值模拟结果,从而证明本文方法不仅可以精确匹配至少3个基准实验,还可以模拟和预测类橡胶材料在加载——卸载作用下由于Mullins效应而产生的滞回圈.      

自封式封井器胶芯大变形分析

讨论了橡胶超弹性有限元分析的理论基础及计算方法，并测定了有限分析中丁晴橡胶的Ｍｏｏｎｅｙ材料常数，用有限元法对自封式封井器进行了大变形分析，得到了胶芯在各种工况下的变形及应力情况，讨论了胶芯尺寸对密封性能的影响，为胶芯的合理设计提供了必要的依据。     

随机激励下一类含分数阶阻尼的轮胎的振动响应

基于随机平均法研究了Kanai-Tajimi噪声激励下含分数阶阻尼的轮胎动力学系统的响应.首先将地震波近似为Kanai-Tajimi噪声,结合点接触模型和分数阶导数模型,建立轮胎的动力学方程,然后运用随机平均法求解振动位移的稳态概率密度函数的解析解,最后通过Monte-Carlo数值模拟验证了该方法的有效性.利用振动位移的概率密度求解聚丁二烯橡胶、丁基B252橡胶轮胎振动位移的均值与方差,并以此为依据考察这两类橡胶的减振性能.研究结果表明,轮胎振动位移的均值和方差随橡胶的储能模量的增大而增大,随耗散模量的增大而减小,这说明减小橡胶的储能模量或增大耗散模量可有效改善轮胎的减振性能.所得结果可为轮胎的设计与制造提供一定的理论基础.     

《橡胶材料》课程教学的探讨与实践

针对高分子材料与工程专业《橡胶材料》课程的基本特点,结合《橡胶材料》课堂实践教学过程,从教学内容、教学方法、考核模式这些方面阐述了作者的教学体会,对如何提高该专业学生的学习兴趣与创新能力做了有益探讨。     

平面应变不可压缩橡胶圆柱的大变形

针对一类新的橡胶材料应变能函数，推导了受内压作用下不可压缩橡胶圆柱的大变形公式，给出了位移、应力的解析表达式（用积分形式表示）。建立了适用于分析非线性不可压缩橡胶材料的罚有限元列式，算例表明：位移与应力能很好地与理论解吻合，并提出了控制计算稳定的方法，特别是详细地讨论罚因子的选取及对计算结果的影响。     

PVDF压电计的动态响应特性及其在橡胶材料SHPB实验中的应用

通过夹心式PVDF(Polyvinylide Fluoride)压电计的动态分离式Hopkinson压杆(SHPB)标定实验,系统地讨论了传感器的动态响应特性,其中包括测量电路、PVDF表面应力集中、压电计的材料及结构特性和同一压电计受多次撞击对测试信号的影响,为PVDF压电计的制作工艺研究提供参考。利用标定好的压电计测试了橡胶材料在SHPB实验中的动态应力均匀过程。结果表明:调节并联电阻值可以提高压电计的传感精度;增大压电计的敏感面积可以减小因应力集中所造成的信号失真;材料的热粘塑性性质、摩擦效应等将使信号振荡幅度偏小;多次撞击对信号的加载与卸载段都将产生影响,但当传感器表面未发生明显损伤时,测试的应力平台平均值与真实信号近似相同。     

高效液相色谱法测定合成橡胶材料中两种胍类硫化促进剂残留量的研究

建立了一种快速测定合成橡胶材料中1,3-二苯胍(DPG)和1,3-二邻甲苯胍(DOTG)2种胍类硫化促进剂残留量的高效液相色谱法(HPLC)。样品以甲醇作溶剂经索氏抽提后,以C18色谱柱分离,乙腈和磷酸缓冲盐为流动相进行梯度洗脱,紫外检测波长为235 nm,外标法定量。该方法中DPG和DOTG在2~50 mg/L质量浓度范围内呈良好的线性关系,相关系数均为0.999 9,方法检出限分别为30 mg/kg和40 mg/kg。在10、20、40 mg/L加标水平下,样品的平均加标回收率为82.4%~94.5%,相对标准偏差(RSD,n=5)为1.0%~3.3%。该方法简单、快速、可靠性高,适用于合成橡胶材料中DPG和DOTG残留量的测定。     

橡胶材料剪切与扭转变形的有限元分析

以大型有限元软件ANSYS作为平台,对橡胶圆柱的剪切与扭转大变形进行模拟.选择不同的单元类型,不同的材料模型以及不同的体积模量分别对两种不同形状因子的橡胶圆柱进行了分析,并与Rivilin的经典理论解进行了比较.结果表明,通过适当的选择,有限元计算的结果可以与理论值吻合很好.     

书山有路勤为径——记北京化工大学材料科学与工程学院橡胶工程教研室主任张立群教授

张立群教授 1969年出生,北京化工大学材料科学与工程学院博士生导师,橡胶工程教研室主任。中国化工学会理事,中国橡胶学会委员,北京市新型高分子材料制备及加工重点实验室副主任。曾获1997年度北京化工大学优秀教师、北京市优秀教师和1998年度北京市优秀青年骨干教师称号,1999年入选北京市科技新星计划。     

静水压力下橡胶动态力学参数的声管测量方法

建立了利用水声声管进行静水压力下橡胶材料动态力学参数测量的方法.基于含均匀圆柱空腔结构中弹性波传播的等效复波数近似解和水声声管中等效复波数的测量、求解方法,通过制作均匀实心结构和含均匀圆柱空腔结构两种试样,分别获取其纵波波数和等效复波数,联合求解反演出橡胶材料的动态力学参数.对某橡胶材料常压和静压下的动态力学参数进行测试,总结出静水压力对橡胶材料动态力学参数的影响规律,对测试误差产生的原因进行讨论分析.对比静水压力下某声学覆盖层的吸声系数测试结果和采用实测橡胶材料参数进行有限元分析的结果,表明该方法具有较高的精度和潜在的应用价值.