最全的橡胶力学测试与报价


   一、橡胶试验的目的橡胶材料具有各向同性、不可压缩性、材料非线性材料和大变形等特点,橡胶产品使用过程几乎都会遇到几何非线性、接触非线性问题。所以橡胶材料试验对于橡胶产品的仿真设计具有很大的指导意义。





   二、橡胶材料本构关系理论与测试方法研究——CAE仿真材料参数获取


本公司可以进行超弹本构试验、动态疲劳试验、粘弹试验、Mullins效应试验等,同时可附带温度场、疲劳试验还可附带湿度场等因素。




   三、橡胶超弹本构试验种类要得到橡胶材料的本构关系,密实橡胶需要做单轴拉伸、平面纯剪切拉伸、等双轴拉伸和体积压缩试验,如果是泡沫橡胶需要的是单轴拉伸、平面纯剪切、等双轴拉伸(泡沫材料不好实现可用单轴压缩代替)、简单剪切和体积压缩,这些都是静态或者准静态试验。




   四、橡胶超弹本构试验内容一般情况下,每项试验,均进行从小到大多个应变水平的拉伸,当试验无法达到目标拉伸倍率时,依据材料可承受最大拉伸倍率进行设置。对于每种材料的单项试验重复不少于三次。




   五、超弹本构试验样品

   本试验使用的试样是从对应的橡胶试片上裁切下来的,其中单轴拉伸试样采用国标I型哑铃型试样;平面拉伸试样为矩形试样,150mm×75mm×2mm;等双轴拉伸试样为圆形试样,φ60mm×2mm;体积压缩试样为圆形试样,φ8mm×2mm。试样形状如下表所示:


正常情况下,一种材料一个温度全套试验需要提供至少5片尺寸为150X150mm的样片。


 

   六、超弹本构试验过程

   试验设备主要有万能拉力机、等双轴拉力机、非接触式引申仪、高低温度箱,相关试验夹具、测量工具和裁刀等。

   试验过程采用应变控制方式,结合试验机可直接输出应力应变曲线,同时无接触式测量可排除测量工具对试验过程中试样变性的影响。

   四种试验图片如下:

 



   七、本构试验数据处理

   为排除或减小随机性对试验结果的影响,所有试验均进行三次重复试验,对结果取平均,就可以得到用于本构模型参数拟合的试验输入数据了                         


 

(a)拉伸试验应力应

 

(b)体积压缩试验应力应变


(c)三种拉伸试验应力应变




   八、材料本构模型参数拟合

   将得到的试验数据作为驶入,选取Arruda-Boyce模型,Yeoh模型,Mooney-Rivlin模型,Ogden模型,neo-Hookean模型,Van der Waals模型,进行模型参数拟合,就可以得到可供仿真使用的本构参数模型。





   九、橡胶动态疲劳试验意义

   材料超弹本构试验属于准静态试验,但是橡胶产品大多情况下都是承受动态复杂载荷,产品的可靠性、耐久性和稳定性要想通过有限元仿真,就要涉及到橡胶材料的动态疲劳试验了。




   十、橡胶材料疲劳寿命计算理论

   橡胶和金属材料在受载情况下,其中一个区别就在于橡胶产品在发生弹性和很大一部分塑性变形情况下仍然可以承受载荷,而金属材料一旦发生塑性变形承载能力就急剧下降,所以不能简单用金属材料的疲劳理论和方法来计算橡胶材料。

   橡胶材料因其本身工艺和配方原因,其内部不可避免的存在着一些微小裂纹,当外界载荷小于某一数值时,这些微裂纹不会引起其内部结构发生破坏。加大载荷,内部裂纹开始变大,但是对其承载能力影响不是很大,继续加大载荷,一旦超过某个值,裂纹就会瞬间变大,从外部形貌看就是材料突然撕裂,承载能力急剧下降或者消失,产品发生不可逆破坏。如下图所示:

   T0TtTc分别表示三个阶段的临界撕裂能幅值,da/dN表示裂纹扩展速度。

   四个阶段的裂纹扩展速率可近似表示为:

   基于断裂理论,假设橡胶构件本身存在缺陷,其裂纹长度为c0,初始裂纹在循环载荷作用下扩展至失稳破坏裂纹长度cf,将这一过程所经历的循环次数定义为裂纹扩展寿命,计算公式为:

   所以如果得到其裂纹扩展和撕裂能的关系,就可以得到橡胶构建的疲劳寿命了。

a) 非应变结晶类橡胶的撕裂能计算公式为:

a) 应变结晶类橡胶的撕裂能计算公式为:

      F0F1F2F3是材料常数,F(R)函数确定了R对裂纹增长率影响。




   十一、动态疲劳试验目的

    橡胶动态疲劳试验的目的就是确定以上橡胶寿命相关的参数。






   十二、动态疲劳试验种类

   裂纹扩展速率试验,目的是得到撕裂能和裂纹扩展速率的关系。临界撕裂能试验,目的是得到橡胶材料的裂纹扩展临界撕裂能。非松弛试验,目的是得到和应变结晶相关的参数。单轴疲劳试验,目的是得到橡胶材料的本证微裂纹长度。




   十三、疲劳试验过程

   单轴疲劳测试采用的试样为国标1型试样,夹持方式和单轴拉伸一样,得到材料在某一特定应变条件下的断裂循环拉伸次数即可,比较简单,不做详细描述。

疲劳裂纹扩展和非松弛试验样片如下图所示:

   试验中采用高频电磁试验机做动,结合高速照相机拍下裂纹扩展的照片,如下图所示:





   十四、试验数据处理

   通过对试验数据处理,即可得到裂纹扩展速率和撕裂能的关系,以及裂纹扩展过程图片及相关数据。







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