单向帘线增强橡胶复合材料在疲劳过程中的温升

以单向帘线增强橡胶复合材料为研究对象，利用自行建立的疲劳试验系统，研究了周期载荷作用下橡胶复合材料表面温升的一般规律；讨论了实际热生成对材料疲劳行为的影响。为评价轮胎疲劳特性提供了有效的手段。

单向帘线增强橡胶复合材料在周期载荷下的动态粘弹性

研究了橡胶复合材料的疲劳行为。发现 :橡胶复合材料在疲劳过程中具有明显的非线性粘弹性 ,材料的动态粘弹性在疲劳初期和末期表现出不同的趋势。与其他脆性复合材料不同 ,橡胶复合材料在疲劳过程中伴有较高的热生成。橡胶复合材料的滞后损失愈大 ,实际热生成温度愈高 ,其疲劳寿命降低愈明显。

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。

不同温度时橡胶-纤维复合材料帘线拔出有限元模拟

采用大变形、非线性有限元分析方法，以单根纤维帘线的大位移（0～2．5mm）拔出为例，对橡胶-纤维复合材料不同温度下的界面力学性能进行了数值分析，得到了相应的应力场分布和拔出载荷的变化．模拟结果表明，在纤维拔出时，橡胶-纤维复合材料界面的端部出现剪应力集中，并随着温度变化而变化．拔出载荷与试验结果对比，在中、低温度区域内，具有较好的一致性．

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。

一种新的橡胶-帘线复合材料的模型及其参数识别方案

为了给工程应用提供简便而有效的数值计算方法,提出了橡胶-帘线复合材料的一种非线性数值模型。首先推导了这种模型的有限元格式,以便在ABAQUS软件基础上实现这种模型;然后在单胞有限元分析的基础上,将此类超弹性基体、长纤维增强复合材料等效为一种横观各向同性超弹性材料。给出的数值算例将此方法的计算结果与纤维、基体分别细分单元的有限元分析结果进行了比较,验证了该方法的有效性与实用性。

散斑法测定钢丝帘线／橡胶复合材料弹性模量的研究

以激光散斑法测定子午线轮胎带束层部位材料的弹性模量。该法属非接触式无损测试技术，所测位移量为１．５μｍ至数百微米，并可指示出位移的方向。

纵向拉伸对尼龙帘线-橡胶复合材料横向拉伸力学性能影响的实验研究

采用十字形试件,在双轴拉伸条件下研究了尼龙帘线-橡胶复合材料单层板纵向定载荷对横向力学性能的影响和横向定载荷对纵向力学性能的影响。实验结果表明:纵向拉伸载荷对尼龙帘线-橡胶复合材料的横向拉伸力学性能有很大的影响。随着纵向拉伸载荷的增加,横向应力应变关系发生了很大的变化;横向拉伸强度先上升然后又下降;而其断裂变形和变形能却逐渐减小。横向拉伸载荷对尼龙帘线-橡胶复合材料的纵向拉伸力学性能影响却很小。这可能与材料纵向和横线拉伸性能差异太大有关。

芳纶帘线/橡胶复合材料粘合疲劳性能的研究

使用自制的改性一次RFL浸渍剂浸渍芳纶帘线,并采用TCAT（Tire Cord Adhesion Testing）抽拔法和电镜观察法研究了芳纶帘线/氯丁橡胶粘合体系、芳纶帘线/天然橡胶粘合体系疲劳前后的粘合性能。

帘线断裂时橡胶复合材料温度场数值模拟

以单向帘线增强橡胶复合材料为研究对象,采用有限单元法建立二维计算模型.在周期性载荷作用下,对帘线断裂和帘线脱粘滑移引起的橡胶复合材料滞后生热的瞬态温度场进行了数值模拟,并讨论了帘线脱粘滑移摩擦对滞后生热的影响.结果表明,随着帘线断裂数目的增加,温度升高明显;脱粘摩擦生热对温升影响较小;帘线断裂引起的局部应力集中导致的大幅度温升是材料破坏的重要因素.分析结果对橡胶复合材料制品设计具有一定的参考价值.

[±20°]钢丝帘线橡胶复合材料疲劳特性实验研究

对 [± 2 0°]钢丝帘线橡胶复合材料在拉伸循环载荷下的疲劳特性进行了试验研究 ,分析了最大应力、加载频率对材料疲劳寿命的影响以及疲劳过程中的滞后损失和温升 ,根据疲劳寿命图得到了线性寿命预报方程。研究表明 ,在载荷控制下该材料的疲劳过程呈现明显的三阶段规律 。

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．

云纹法对钢丝帘线－橡胶复合材料力学性能测定的研究

帘线－橡胶复合材料力学性能的精确测定是轮胎有限元分析成功应用的关键。采用云纹技术直接测量应变来确定这些力学性能较为适宜。本文应用云纹法对不同体积分数的单层钢丝帘线－橡胶复合材料力学性能进行了测量研究，并与哈尔平－蔡等公式的理论计算值作了对比讨论。发现云纹法测得试验结果与帘线一橡胶复合层表面材料的力学性能有关。此外对试样没长不同长宽比也进行了对比，表明试样尺寸在本文中所取的长、宽比范围内对帘线－橡胶复合材料性能影响不大。

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。

单向帘线/橡胶复合材料的疲劳损伤模型与疲劳寿命预报

将不可逆热力学和损伤力学应用于橡胶复合材料的疲劳研究,在大量试验工作的基础上,选择适当的热力学势函数,建立了橡胶复合材料的损伤演变方程和橡胶复合材料的疲劳寿命预报方程。应用本模型对单向橡胶复合材料的疲劳寿命进行了预报,发现理论预测值与试验结果比较符合。

纤维帘线／橡胶复合材料的压缩性能

对纤维帘线／橡胶复合材料进行了压缩性能试验，结果表明帘线体积分数是影响纤维帘线／橡胶复合材料压缩性能的主要因素，帘线的类型、规格、结构性能对纤维帘线／橡胶复合材料的抗弯曲能力也有明显影响。

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。