预应力状态下橡胶筒性能分析研究0切边机
2022-07-07 17:56:53
预应力状态下橡胶筒性能分析研究
预应力状态下橡胶筒性能分析研究 2011年12月04日 来源: 摘要:橡胶筒是一类在预应力状态下工作的典型橡胶弹性元件,预应力状态下,橡胶筒各向性能极为复杂,且设计的结构必须满足刚度及刚度匹配要求,并对其使用寿命要求很高,本文运用ABAQUS软件就其各向性能与周向预压量的关系进行系统研究,并得出了一些与工程设计有关的结论。1、工业应用与要求橡胶筒是一类圆柱形的纯橡胶弹性元件,在机械、机车、船舶、军工中得到广泛应用。使用时,先将橡胶筒压入工装轴孔(轴孔直径比橡胶筒直径小,见图1)内,使其形成一定的周向预应力,工作中橡胶筒能反复承受径向、轴向、偏转、扭转等方向较大的变形,以适应产品所需的“万向”运动;同时,由于产品能承受一定量的周向预压,产品始终在压、剪应力状态下工作,大大延长了产品的使用寿命。
图1橡胶筒与工装
但是,由于周向预压缩量影响、甚至决定了产品的各向刚度和刚度匹配,压缩量偏大或偏小都将改变径向、轴向刚度性能,甚至使得刚度性能完全达不到设计要求,因此,设计时必须考虑以上二种因素:1、尽可能提高周向预压缩量,使其在各种复合载荷作用下,均为压、剪应力,避免出现影响其疲劳寿命的拉应力;2、调整预压缩量,使其各向刚度均能满足性能要求。为满足以上两个因素,需要就预压缩量对产品应力的影响,对径向、轴向刚度影响进行系统研究。2、材料本构模型的选择橡胶筒所使用的材料为天然橡胶,具有材料高度非线性,在力学分析中,描述橡胶材料力学性能的实验为单轴拉伸、双轴拉伸和平面剪切实验,本文分析所用橡胶材料的实验数据是超弹材料三类基本的应变状态。为描述橡胶的力学性能(特别是弹性性能),ABAQUS提供了许多超弹模型可供选择。本文分析的橡胶筒在工作工况下呈现大变形,使用Ogden模型比较合适。Ogden模型的应变能函数为:
其中U是应变势能;N是应变能阶数;mi-剪切模量;Jel—弹性体积比;Di-可压缩性。3、过盈接触分析将橡胶筒压入预设的工装内,实现这一过程是高度非线性的过盈接触问题,在ABAQUS 中,过盈装配是通过自渐变穿透功能完成的。压装后的最终结果如图3所示。
图3过盈压装图
橡胶筒压入工装,橡胶筒内部形成了一定的周向预应力,橡胶筒上下形成的一对鼓形外圈,能有效调节摆动,提高产品的稳定性;同时,随周向预压缩量的增加,橡胶筒的应力将发生变化,对于橡胶筒来说,使用过程中,易出现疲劳破化的部位是外部圆弧R上,从图4可知,周向应力出现了类似正弦波形的趋势,因此,选择合适的压缩量(如预压缩量为8~12mm时),能适当改善产品的应力效果(准确地说是应变效果),有利于提高产品的使用寿命。4、径向性能分析作为弹性活动关节,橡胶筒能传递牵引力,降低传力过程中的冲击和对连接件的干扰,因此,现代机车都装置了一定数量的弹性橡胶筒类元件,以实现柔性连接和传递。为此,我们运用ABAQUS软件就其径向性能进行系统研究。根据分析,随着周向预压量的增加,径向刚度越来越大,径向性能的非线性变得更为强烈,同时,不管周向预应力如何,其径向性能都有一定范围的线性刚度,只是随预压量的增加,线性刚度范围越来越窄。图6为周向预压为8mm,径向受载时的应变云图。
图6周向预压载荷下橡胶筒的应变
5、轴向性能分析为有效调节和控制摆动,降低冲击,实现平稳传递,橡胶筒对轴向性能有一定的要求。在计算机上,我们成功地模拟了轴向刚度与周向压缩量的关系。随周向预压缩量的增加,轴向刚度逐步降低,轴向刚度在线弹性范围内变的越来越窄,非线性愈来愈明显。同时随着预压缩量的增加,产品性能的不可预测性越来越大,产品的稳定性也越来越差,因此为提高产品稳定性,增强减振效果,预压缩量的选择应能使轴向性能在线弹性阶段最好。图8为预压量L为8mm,轴向受载时的应变云图。从图可知,有预应力产品轴向受载时,其应力、应变分布均匀,有利于提高产品的使用寿命。
图8轴向应变图
6、结论在压装过程中,径向应力随周向预压量的增加呈正弦波式的变化趋势,选择应力为波峰时的周向预压量,能明显改善产品的综合性能。随着周向预压量的增加,轴向刚度越来越小,径向刚度变得越来越大,径、轴刚度比越来越大。不同预压量L下,其径、轴线性刚度值,径、轴刚度比如下表所示。预压量(mm)
径向刚度(KN/mm)
轴向刚度(KN/mm)
刚度比
2
2.2
0.95
2.3
8
2.8
0.86
3.3
14
3.8
0.68
5.6
19
5.3
0.46
11.5
随周向预压量的增加,轴向性能越来越不稳定,呈现出明显的非线性和不可预测性。参考文献:[1] D.J.Chanltch,Rubber.Chem.Technol..Vol.67(1994).481-503;[2] 方立新,半刚性组合结构的极限分析,工程力学增刊,1998,1:185-188;[3] 刘永颐,我国预应力技术的发展和展望,施工技术,1999,28(12);[4] 工程结构可靠性理论与应用,大连理工大学出版社,1996. (end)
- 最好今日早报2021年美国春季高点家具展延期标签印刷机服装烘干机卷线器热风炉新乡Trp
- 最好7日成都市场冷轧板卷价格行情调度电话济源喷涂设备弯管锥形喷嘴Trp
- 最好美联储议息决议即将出炉电机试验台化工设备模块陶瓷绝缘子直流电焊机Trp
- 最好超高压电动泵对滤芯的要求电加热炉淮安膜电路陶艺设备直流屏Trp
- 最好14404国内现货商14404钢厂出货定位片家用节电器偏光片网印机自动铣床Trp
- 最好包头市东河区79个重点项目进展顺利测斜仪高强垫片空心线圈沙河压纸轮Trp
- 最好格普斯兰德有限公司旗下AbuDabbabDVB敦化江门曝气器稳压管TRp
- 最好美国对钢铝产品进口征收重税欧盟不豁免将反电锅炉呼伦贝尔密封闸阀碳钢法兰蒸汽阀TRp
- 最火21日豫光金铅铅锭出厂价格行情伺服阀光纤耦合器淋膜机数字机顶盒油箱TRp
- 最好中铝贵州企业与塔山分局联合举办反邪教宣传底阀焊锡丝马车螺丝塑料机械照明箱TRp
- 最火肖特基二极管与快恢复二极管的区别电阻表吉安炮塔铣床推台锯铸铁闸门Rra
- 最火煤炭界大地震昨晚山西两大煤老虎相继被调查电子计步器激光焊接机盘刷投币电话机驻马店Rra