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硫化橡胶动态力学性能

更新时间:2013-07-30 10:46 来源:裕民机械

 硫化橡胶动态力学性能

 
 
填充橡胶是一种典型的黏弹性材料,具有较高的阻尼性能,广泛地应用于高速列车、汽车、航空航天和机械
 
等领域,因此选用合适的模型描述其动态黏弹性至关重要。橡胶的动态黏弹性不仅与自身分子链特性有关,
 
还受许多外界因素的影响。本文首先依据实验分析了温度、频率和应变幅值等条件对橡胶动态黏弹性的影
 
响,再选用合适的分数阶微分黏弹性模型对不同条件下橡胶材料动态黏弹性进行描述,主要的工作概述如下
 
: 1.采用Gabo Eplexor 500N动态热机械分析仪对不同频率下的硫化橡胶进行温度扫描,确定材料玻璃化转
 
变温度T_g。在T_g ~T_g+50℃范围内对不同温度下的橡胶进行频率扫描,结果表明:随温度的升高,存储模
 
量、损耗模量和损耗因子逐渐减小;高频导致较高的存储模量、损耗模量和损耗因子。采用分数阶微分
 
Kelvin模型对测试数据进行分析,模型与实验吻合较好,分数阶微分Kelvin模型可以较好地描述不同温度下
 
橡胶材料动态黏弹性的频率相关性。 2.以-40℃作为参考温度,依据频率-温度等效原理对不同温度下的频
 
率扫描测试数据进行移位,得到对数频率标尺下16个数量级(-7~9)的动态模量主曲线。采用分数阶微分
 
Zener模型对主曲线进行分析,发现在对数频率标尺为-2~7时,分数阶微分Zener模型可以较好地描述硫化
 
橡胶T_g附近宽频域的动态黏弹性。 3.简要地介绍了内变量理论和内禀时间z(t),并基于内变量理论对分
 
数阶微分Kelvin模型和分数阶微分Zener模型进行了推导。 4.在室温(23℃)时对不同应变幅值下的硫化橡
 
胶进行频率扫描测试,并采用分数阶微分Kelvin模型和内变量分数阶微分Kelvin模型对测试数据进行分析
 
。发现分数阶微分Kelvin模型能模拟小应变幅值下材料的频率相关性,而内变量分数阶微分Kelvin模型能
 
较好地描述大应变幅值下材料动态黏弹性的频率相关性。 5.在不同频率和不同温度下对填充橡胶进行动
 
态应变扫描测试,在较高温度(-15℃~23℃)时,填充橡胶出现了Payne效应,但在较低温度(-35℃和-30℃)
 
时,存储模量和损耗模量随应变幅值的增大一直减小。采用内变量分数阶微分Zener模型对测试数据进行分
 
析,结果表明,内变量分数阶微分Zener模型可以良好地模拟硫化橡胶T_g附近的Payne效应,在较高温度时内
 
变量分数阶微分Zener模型能定性描述动态模量随应变幅值的变化趋势。
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