填充橡胶材料的疲劳性能的研究

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1、国内图书分类号：0346.2国际图书分类号：539.431工学硕士学位论文填充橡胶材料的疲劳性能研究硕士研究生：高勋朝导师：谢志民副教授申请学位：工学硕士学科、专业：工程力学所在单位：复合材料与结构研究所答辩日期：2006年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:0346.2U.D.C.:629.73ADissertationfortheDegreeofinEngineeringSTUDYONFATIGUEOFFILLEDRUBBERCandidate：Supervisor：AcademicDegreeAp

2、pliedfor：Specialty：Affiliation：DateofDefence：Degree-Conferring-Institution:GaoXunchaoAssociateProf.XieZhiminMasterofEngineeringEngineeringMechanicsCenterforCompositeMaterialsJune,2006HarbinInstituteofTechnology摘要天然橡胶与合成橡胶呈现出很多独特的物理和化学的特性，如强弹性、大变形，且柔软性、耐磨性、绝缘性和阻隔性都十分优良

3、，能满足很大范围的使用要求。特别是橡胶的硫化和填充剂的使用提高了材料的机械和物理性能，使得它拥有更多的应用领域，广泛用于各种工程结构，如轮胎、减震器、密封元件等。橡胶制品通常是在周期性应力状态下使用的，材料的疲劳断裂性能往往决定这些制品的使用寿命。因此，研究橡胶疲劳特性是具有重要实际意义的。由于橡胶材料特殊的分子结构及力学性能，在疲劳过程屮，特别是较高加载频率或使用温度下，橡胶的热老化导致材料性能劣化，疲劳损伤包括物理和化学等因素的共同作用。因此，考虑热老化对材料性能的影响可能得到更准确的疲劳寿命预报。本文首先讨论了橡胶材料的本构

4、模型及热老化变质规律，确定用3阶Yeoh模型来描述填充橡胶的本构关系，通过热老化试验讨论了橡胶老化性能的变化。用响应函数法建立了橡胶性能随老化时间、温度变化的二次不完全多项式模型，定量描述了材料热老化性能的变质规律。基于裂纹扩展方法的疲劳寿命预报模型，结合考虑热老化影响的Yeoh本构模型，给出了考虑热老化影响填充橡胶疲劳寿命预报公式。运用裂纹扩展法，分析了碳黑填充橡胶材料疲劳裂纹扩展特征，并预报了其疲劳寿命，结果与试验值符合较好。另外发现，在不考虑热老化影响下，材料的预报寿命要高于试验值，而考虑热老化影响下，材料的预报寿命要低于试

5、验值。关键词橡胶；疲劳；热老化；疲劳寿命预报AbstractNaturalrubberandsyntheticrubbershowmanyuniquecharacterizationinphysicsandchemistry,suchashyperelasticityandlargedeformation,andalsoshowexcellentperformancesinflexibility,abrade-resistant,insulationandobstructive-ness.Theyaresuitableforlar

6、geserviceapplication.Especially,forvulcanizationandfillerfilledrubbercompound,whichhaveimprovedmechanicsandphysicsperformances,areappliedabroadinengineeringstructuressuchastires,vibrationdamper,pottedcomponentsandetc.Rubberproductsoftenendurecyclicstressstateinservice

7、,thefatiguecharacterizationofrubbermaterialsoftendeterminesproductsservicelife.Soitisvaluabletoresearchthefatigueofrubber.Becauseofthespecialmoleculestructureandmechanicsbehavior,rubbermaterialsexperiencenotonlyphysicaldamageinfatigueprocess,butalsodochemicaldamage一th

8、ermalagingdeteriorationinhightemperature,whichshouldnotbeneglectedespeciallyforahighloadingfrequencyorhightemperatureenviron