静载荷作用下金属橡胶失效判据及耐久性试验.pdf

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1、2016年2月第42卷第2期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsFebruary2016V01．42No．2http：∥bhxb．buaa．edu．cajbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2015．0081静载荷作用下金属橡胶失效判据及耐久性试验马艳红1’2，张启成1’2，张大义1’+，(1．北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京100083；朱海雄1，陆宏伟1，洪杰1’22．先进航空发动机协同创新中心，北京10

2、0083)摘要：金属橡胶(MR)材料由于其出色的阻尼性能广泛应用在各种减振、隔振、抗冲击结构系统中，掌握其失效判据和准确预测其耐久性是关系到整个系统能否安全可靠工作的重要问题。针对MR构件在静载荷持续作用下的失效判据和耐久性展开了试验研究。结果表明：从结构尺寸变化量和力学性能蜕变量2个方面定义MR的失效判定参数合理可行，通过确定阈值可判定MR是否失效并给定耐久寿命。随保载时间的增加，MR的失效评定参数(结构尺寸变化量和力学性能蜕变量)呈现明显的阶段性变化，能分别反映MR材料内部微观结构及受力状态随持续静载荷的变化。在本试验中，无论保载载荷大小，MR结构在总试

3、验时间未表现出结构尺寸失效。而MR保载载荷的增大会显著削弱其力学性能耐久寿命，导致割线模量蜕变量过大，MR构件表现出力学性能的明显失效。关键词：金属橡胶(MR)；静载荷；功能失效；失效判据；耐久性中图分类号：V257文献标识码：A文章编号：1001—5965(2016)02-0227-09金属橡胶(MR)是由金属丝制造的多孑L结构材料，因其集成了橡胶材料和金属材料的性能而得名。金属橡胶本质上是一种金属材料为基体的多孔干摩擦阻尼结构材料，具有金属、橡胶及多孔材料的共同优点oI-3]：阻尼性能好、环境适应能力强、易于成型、重量轻及刚度可控等。金属橡胶显著的阻尼性

4、能和在恶劣环境下保持良好性能的优点，使其在各种工程机械的减振领域中具有非常广泛的应用前景”41，金属橡胶制品广泛用于航空航天、船舶舰艇等各领域的减振隔振中。金属橡胶构件用于减振、隔振环境下时，由于受到复杂的载荷作用，在工程设计中除了考虑其刚度／阻尼性能之外，还必须考虑到金属橡胶构件的耐久性，避免因其在使用过程中失去减振、隔振的功效以致产生严重的后果。对金属橡胶材料的研究中，国内外公开发表的文献大多针对其力学本构模型与阻尼机理¨。1、力学性能的影响因素‘8。10J以及金属橡胶构件的工程应用等，而对耐久性的研究并不多见。在金属橡胶的疲劳寿命耐久性研究方面，国内学

5、者自2005年以来有一定的探索⋯‘1“，观念较为一致：疲劳损伤机理为内部金属丝产生局部的断裂、破碎和磨损；对交变载荷下金属橡胶的使用寿命的评估均以其力学性能衰减为主要指标。在金属橡胶材料的抗冲击性能方面，也有学者进行了理论与试验研究¨4

6、，探索了结构参数、质量、冲击加速度及冲击持续时间对其抗冲击性能的影响。以上研究工作，虽然是目前对金属橡胶耐久性研究的重要参考，但在对耐久寿命的定义及参数评定上还有待商榷。金属橡胶构件作为功能材料，工程应用中更加关注的不是其内部微观结构材料的收稿日期：2015-02-05；录用日期：2015-03-06；网络出版时间：2015

7、-05一I314：44网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20150513．1444．003．html基金项目：国家自然科学基金(51475023，51475021)；中央高校基本科研业务费专项资金(YWF一15·NNYDLGCXY-007，YWF一15-NNYDLGCXY-033)：it通讯作者：Tel．：010—82313803E—mail：dayi@buaa．edu．cn引用格式：马艳红，张启成，张大义，等．静载荷作用下金属橡胶失效判据及耐久性试验口J．北京航空航天大学学报，2016，42(2)：227．

8、235．MAYH，ZHANGQC，ZHANGDY，eta1．FailurecriterionanddurabilitycharacteristicsofmetalrubberunderstaticcompressionloadfJJ．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2016，42(2)：227-235(inChinese)·228北京航空航天大学学报2016年损伤，而应该是宏观上的功能失效。在金属橡胶出现微观金属丝的断裂、破碎和磨损之前，其力学性能变化过程更加值得关注；正是由于力学

9、性能的衰变，金属橡胶的承载能力减弱，使其在同样的载荷