形状因子对金属橡胶结构力学性能的影响 Effect of Shape Factor on Mechanical Characteristics of Metal-Rubber.pdfVIP

振动与冲击 OFVIBRATlONANDSHOCK 第”卷第6期 JOURNAL 形状因子对金属橡胶结构力学性能的影响 李宇燕1，黄协清2 (1．西安工业大学机电工程学院，西安710032；2．西安交通大学机械工程学院，西安710049) 摘 要：以多孑L材料理论为基础，建立金属橡胶结构的力与位移关系，通过空心圆柱形金属橡胶结构力与位移关 系试验，验证形状因子对材料结构的力学性能的影响，并对试验数据进行拟合，得到力与位移关系模型中各项系数与形状 因子的变化关系式以及各项系数与材料结构的高度、承载面积的变化关系式，从而实现了对由金属橡胶材料所组成的结 构在密度一定、形状因子发生变化情况下的力与位移关系的预估。 关键词：金属橡胶；多孔材料理论；力与位移关系；形状因子；高度；承载面积 中图分类号：TGl46．1 文献标识码：A 金属橡胶材料是将金属丝卷成螺旋形，经过编织， 减振器的快速设计与制作具有重要的现实意义。金属 加压成型，并经热处理而成的金属材料，它不仅具有类 橡胶结构的性能好坏直接影响金属橡胶减振器的性 似橡胶的弹性性质，而且它还是一种多孔材料。它有 能，金属橡胶结构的力一位移关系不仅与结构的密度 阻尼大、吸收冲击能、耐高低温作用、不易老化等特点， 有关，更重要地还与结构的形状因子有关，由于结构的 金属橡胶材料作为减振器件在军事、航空航天、汽车等 密度变化范围很小，因此研究形状因子对金属橡胶结 领域日益得到广泛地重视。 构的力一位移关系的影响是十分必要的。 金属橡胶材料是一种良好的干摩擦阻尼材料，国 本文以最小二乘参数识别法为基础，研究了密度 内外各学科专家学者对其进行了深入持久地探索和研 一定、形状因子变化时的金属橡胶结构的力与位移关 究，取得了令人瞩目的成就，但该材料的理论分析与制 系，求得空心圆柱形金属橡胶结构的力与位移关系模 造工艺具有相当的难度，如何打破制约该材料推广使 型中的各项系数值，进而建立了各项系数值与结构形 用的瓶颈问题，是专家学者们研究的热点。近年来，他 状因子的变化关系，验证了形状因子对金属橡胶结构 们研究了金属橡胶材料的本构关系，取得了一些可供 力学性能的影响。 借鉴的研究成果。A．A．特洛伊尼科夫”o建立了描述 1金属橡胶结构的力一位移关系的建立 金属橡胶材料内能量耗散过程的角锥模型，但角锥模 型建立的金属橡胶本构关系式形式复杂，参数多，实际 金属橡胶材料是一种在基体内部分布着大量孔洞 应用较为困难。陈艳秋等人∞o根据小曲梁模型建立了 的多孔材料，因此多孔材料理论适用于金属橡胶材料。 金属橡胶材料的本构关系，该模型在一定条件下能较 1．1 多孔材料理论的力一位移关烈卜41 好地描述单向受压下金属橡胶材料的应力应变关系。 假定：1)在单轴压缩方向多孔材料各个孑L洞的力 作者¨o在西安交通大学读博士期间，以多孔材料理论 学特性是一样的；2)在单轴压缩方向多孔材料是连续 为基础，建立了金属橡胶材料的非线性本构关系模型， 性介质；3)忽略多孔材料在静态载荷作用下孔壁材料 运用最Ib-乘法对静态试验数据进行参数识别，求得的轴向位移和剪切位移，而只考虑孔壁材料的弯曲位 在形状因子不变、密度发生变化情况下空心圆柱形金 移。在以上三个假定的基础上建立多孔材料的结构模 属橡胶材料的非线性本构关系中的各项系数值与密度 型，如图1所示，模型为中空的立方体，孔壁横截面为 的变化关系式。金属橡胶材料制成的金属橡胶结构的 正方形，长度为2，壁厚为t，梁在中点受压缩载荷F作 力学性能是影响减振器减振效果的关键因素，而金属