钢丝帘线/橡胶复合材料弯曲疲劳失效机理的研究

自主设计并搭建基于隧道磁阻传感器的无损检测系统,对钢丝帘线/橡胶复合材料试样(简称试样)弯曲疲劳失效机理进行研究。结果表明:无损检测方法可对疲劳试验后试样内部的损伤状态进行评估,无损检测系统可实现试样缺陷的在线检测;疲劳缺陷的产生是损伤累积,钢丝帘线单丝断裂主要发生试样疲劳寿命的最后阶段;试样内部钢丝疲劳断裂为穿晶解理断裂,裂纹扩展过程中存在一定程度的微观不连续性,包括多次角度偏折与裂纹分支;试样内部钢丝疲劳断口具有典型的低周疲劳特点,存在多个疲劳源与撕裂台阶,疲劳源间偶见撕裂棱,无明显贝纹样,疲劳源附近表面光滑,断口形成了较平滑的微撕裂形貌与粗糙的撕裂台阶形貌。

帘线/橡胶复合材料轴向应力-应变的率相关预测模型研究

设计一种帘线/橡胶复合材料轴向应力-应变的率相关预测模型。利用自主搭建的静态拉伸实验装置和分离式霍普金森拉伸装置,开展帘线/橡胶复合材料试件轴向拉伸实验;构建帘线应变能函数,推导特定应变率下帘线/橡胶复合材料的轴向应力-应变关系式;提出应变能函数的率增强项,建立帘线/橡胶复合材料轴向应力-应变的率相关预测模型。研究表明:特定应变率下,轴向应力-应变理论曲线与实验曲线符合较好;不同应变率下,率相关模型预测曲线与实验曲线符合较好。

帘线/橡胶复合材料帘线抽出力学行为的有限元模拟

采用有限元方法对帘线/橡胶复合材料的帘线抽出力学行为进行模拟。结果表明,帘线H抽出力的有限元方法计算结果与试验结果有较好的一致性;帘线的H抽出力和轴向应力均随基体半径和帘线埋入深度的增大而增大,基体半径和帘线埋入深度越小,抽出力学行为变化幅度越增大;埋入深度的影响大于基体半径;界面剪切应力在帘线埋入上、下端点处有突变现象。

帘线/橡胶复合材料疲劳测试方法

利用自建的试验系统，采用单向聚酯帘线／橡胶复合材料模拟汽车子午胎的胎体，研究了疲劳载荷下橡胶复合材料的变形和损伤累积特性，讨论了两种加载方式对疲劳性能的影响，结果表明：定载荷疲劳测试优于定伸长疲劳测试．为评价轮胎的疲劳特性、预报轮胎的疲劳寿命提供了有效手段．

帘线/橡胶复合材料各向异性黏-超弹性本构模型

帘线/橡胶复合材料广泛应用于轮胎等重要工程领域,为了描述其在服役条件下的大变形、非线性、各向异性和高应变率等材料力学行为,基于纤维增强复合材料连续介质力学理论,提出了一种考虑应变率效应的帘线/橡胶复合材料各向异性黏-超弹性本构模型.该模型中单位体积的应变能被解耦为便于参数识别的基体等容变形能、帘线拉伸变形能、剪切应变能和黏性应变能四部分.给出了模型参数的确定方法,并通过拟合文献中单轴拉伸、偏轴拉伸实验数据,得到了模型参数.利用该模型预测了不同加载和变形条件下的力学行为,并将预测结果与实验结果对比分析.结果表明,考虑黏性模型和不考虑黏性模型对不同应变率变形条件下的预测结果相差很大,且考虑黏性模型的预测结果与实验结果吻合很好.因此,与不考虑黏性模型相比,所提出的各向异性黏-超弹性本构模型能更好地表征帘线/橡胶复合材料在大变形、高应变率条件下的力学特性.

帘线/橡胶复合材料单层板拉伸模量预测方法研究

提出帘线/橡胶复合材料单层板的精确模量预测方法。首先,给出橡胶材料Mooney-Rivilin模型相关参数计算方法,推导帘线拉伸模量修正公式;其次,基于细观力学,建立帘线/橡胶复合材料数值模型,求解等效模量并进行试验验证;最后,提出帘线/橡胶复合材料单层板拉伸模量的预测公式,将预测公式所得到的等效模量与数值模型计算得到的等效模量进行对比。结果表明:帘线/橡胶复合材料数值模型建立方法是正确的;帘线/橡胶复合材料单层板拉伸模量预测公式能够较好的预测拉伸模量;研究方法能够为帘线/橡胶复合材料单层板的设计提供技术支撑。

帘线/橡胶复合材料缓冲器力学性能优化

柔性帘线/橡胶复合材料缓冲器(简称缓冲器)依靠自身大变形、膨胀触地将数百吨后坐大载荷传递到地面,在起到缓冲效果的同时,降低对系统的力学环境影响。通过对帘线/橡胶复合材料的本构关系进行研究,针对缓冲器相关参数对力学性能的影响规律进行分析,提出缓冲器力学性能优化方法。利用此方法进行优化的缓冲器试验结果与仿真分析结果吻合较好,为系统力学环境及结构设计优化提供支撑。

帘线/橡胶复合材料缓冲器贮存寿命预示研究

柔性帘线/橡胶复合材料缓冲器(简称缓冲器)为发射平台的载荷传递和缓冲装置。在贮存过程中,由于橡胶材料的老化,其承受气压载荷的承载和大变形能力会逐渐下降。通过对橡胶开展热空气加速老化试验,研究了其老化机理,针对温度对寿命的影响规律进行分析,提出缓冲器的寿命预示方法,为特定贮存环境下的寿命预示和产品应用提供支撑。

钢丝帘线／橡胶复合材料弹性模量散斑测定法

由钢丝帘线和橡胶组成的子午线轮胎带束层是属于一种特殊的复合材料。此复合材料中的钢丝帘线与橡胶两者的弹性模量相差十分悬殊，两者的刚度比很大，测定此类复合材料的弹性模量较为困难。本文叙述了用激光散斑法测定子午线轮胎带束层部位的材料弹性模量的原理。

一种基于帘线/橡胶复合材料细观力学的精确建模方法

为研究适应性底座的受压膨胀力学特性,提出了一种基于纤维帘线/橡胶复合材料细观力学的精确建模方法。该方法建立在帘线与橡胶材料参数的准确取值这一基础上,其中橡胶材料采用Mooney-Rivilin本构模型进行描述,通过拉伸试验验证了本构模型的准确性,基于束帘线拉伸试验规律对帘线拉伸模量进行了修正。通过上述方法,对适应性橡胶底座受压膨胀过程进行了数值模拟与试验研究。结果表明:这一精确建模方法能够较好地模拟底座的受压膨胀特性,能够获取底座中帘线与橡胶材料的应力、应变的分布以及二者的变化规律。研究工作为适应性底座的进一步研究和实际应用提供了技术支撑。

粒子分离器鼓包柔性复合材料的本构模型研究

为了预测可变形粒子分离器鼓包复杂工况的力学行为,得到柔性帘线/橡胶复合材料结构的变形特性模型,基于连续介质力学的理论,建立了一种考虑帘线/橡胶之间剪切应变能的帘线/橡胶复合材料本构模型,通过ABAQUS的UANISOHYPER_INV接口编写各向异性超弹性材料的本构子程序,形成有效的帘线/橡胶复合材料的变形行为预测方法。结合橡胶材料Mooney—Rivilin本构模型,基于大变形不可压缩方法处理橡胶试验数据,运用最小二乘法拟合单轴拉伸试验数据,得到橡胶材料的参数C10=-0.27MPa与C01=1.12MPa;在橡胶超弹性本构的基础上,建立了帘线/橡胶复合材料的各向超弹性本构模型,并通过单轴拉伸试验拟合帘线和剪切应变能的参数;并进行单轴拉伸试验验证帘线/橡胶复合材料的各向超弹性本构模型。结果表明:拉伸变形量在20%内,数据吻合较好,进一步证明所建本构模型的准确性,为可变形粒子分离器鼓包有限元仿真分析奠定理论基础。