空气弹簧橡胶帘线复合材料热氧老化机理

空气弹簧为车辆悬架的主体减震元件,服役过程中复杂的环境条件会引起其橡胶气囊的老化,其安全性和可靠性会逐渐下降。通过对空气弹簧橡胶帘线气囊开展热空气加速老化试验,利用多种手段研究了其老化机理。老化过程中试样硬度变化分为2个阶段:第1阶段增长速率为0.42 IRHD·h-1,第2阶段为0.042 IRHD·h-1,为第1阶段的1/10;弹性模量的变化服从指数函数的增长形式,并且与试样的硬度之间存在指数函数关系。

橡胶帘线复合材料界面失效机制

为研究对称角度铺设的橡胶帘线复合材料界面失效机制,采用有限元方法建立了代表性体积元,仿真橡胶帘线复合材料细观层面的应力分布,采用基于能量的Power-law准则仿真帘线与橡胶界面的损伤演化,发现界面的损伤由接触剪切应力与接触压力引起。界面初始刚度为影响界面损伤演化的重要粘接界面参数,初始刚度与界面损伤演化变量正相关。帘线夹角增大会引起帘线所受转矩增大,导致界面失效加剧。

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。

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。

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。

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。

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。

硫黄用量对橡胶/尼龙帘线动态粘合性能的影响

采用传统动态疲劳方法(德默西亚疲劳机)和自主研发的测试橡胶/聚合物帘线动态粘合性能的方法(MTS弹性体测试系统),考察了硫黄用量对橡胶/尼龙帘线动态粘合性能的影响。结果表明:随着硫黄用量的增加,静态粘合力呈线性上升趋势;德默西亚动态粘合力在硫黄用量较少时与静态粘合力相差不大,但是在硫黄用量较高时,动态粘合力明显降低;采用MTS动态疲劳,粘合寿命随着硫黄用量的增大呈线性上升趋势。实验表明,要根据橡胶制品不同的使用条件,采用不同的动态测试方法。

疲劳温度对橡胶与钢丝帘线动态粘合性能的影响

采用自行研发的钢丝帘线与橡胶动态粘合性能的测试方法,考察动态疲劳温度对钢丝帘线/硫化橡胶粘合性能的影响。结果表明,随疲劳温度的升高,橡胶与钢丝帘线的抽出力先增大后降低,在60℃出现最大值,抽出力F与疲劳温度T有以下相关性:F=1 006+3.816 43T-0.033 39T2;抽出钢丝帘线附胶呈螺纹状,且螺纹方向与外缠绕钢丝方向并不总是相一致;附胶越多,抽出力越大;随疲劳温度的升高,橡胶与钢丝帘线界面处的橡胶断面上出现了越来越大的填料聚集体颗粒,这会成为粘合失效的诱因。

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.

仿生材料多巴胺对橡胶/钢丝帘线黏合性能的影响

选用子午线轮胎胎体胶料配方作为基本配方,以钢丝帘线作为骨架材料,采用自行研发的橡胶与钢丝帘线动态黏合性能的测试方法,考察了多巴胺及传统黏合体系对橡胶/钢丝帘线动态黏合性能的影响,并探讨了多巴胺替代间苯二酚作为无毒环境友好型黏合剂的可行性。结果发现,钴盐黏合体系赋予了橡胶与钢丝帘线较好的动态黏合,多巴胺体系赋予了较好的静态黏合,间甲白体系居中,3种黏合体系并用可赋予最好的动、静态黏合性能。橡胶/钢丝帘线的动、静态黏合力均随着多巴胺用量的增加而增大,但在拉伸疲劳后出现下降。

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。

橡胶-帘线粘合性能在动态及加热条件下的评价方法

橡胶-帘线(包括钢丝帘线)复合材料在动态条件下粘结界面发生物理化学变化,直接影响材料使用性能。介绍橡胶-帘线动态剪切粘合试验基本原理:将帘线埋于方块硫化橡胶试样中,帘线两端悬以质量不同的砝码。试验时橡胶试样以一定的振幅和频率沿帘线伸延方向做往复运动,考察帘线与橡胶达到某一设定的粘合强度值所需的时间,用以表征帘线与橡胶在动态条件下的粘合性能。应用该原理和实用仪器对不同材质橡胶-帘线粘合性能做出测试和评价。

多巴胺对橡胶/聚酯帘线粘合性能的影响

多巴胺是类似于间苯二酚结构的二酚类有机物。分别考察了新型粘合剂多巴胺对橡胶/聚酯帘线静态和动态粘合性能的影响。结果表明,加入多巴胺有利于橡胶/聚酯帘线静态粘合力的提高,并能达到传统粘合体系粘合水平;经德墨西亚屈挠疲劳后的动态粘合力较静态粘合力有较大幅度地下降,不利于动态粘合力的提高;MTS拉伸疲劳粘合寿命明显缩短。