氧化铈填充硫化天然橡胶疲劳寿命及蠕变行为预测

摘要

橡胶材料是一种具有可逆变形的高聚物超弹性材料，在常温下具有高弹性，产生较大形变能迅速而有力的恢复其原状，并且其耐磨性、耐老化性、绝缘性能等都很优良，在众多领域都有广泛的应用。然而，由于橡胶材料本身的一些缺陷，也很大的限制了橡胶材料的使用条件，长期以来，人们通过物理或者化学方法来改善橡胶材料的各种性能。有研究发现，稀土氧化物对聚合物的增韧增强有显著效果，稀土氧化物填充到橡胶之后，明显改善了橡胶的加工和使用性能。
　　近年来，人们以稀土氧化铈填充硫化天然橡胶为研究对象，对其进行了单轴拉伸、蠕变、疲劳等试验研究，但是并没有对这种材料的力学行为特别是蠕变行为和疲劳寿命进行预测，因此，本文主要对氧化铈填充硫化天然橡胶试件的蠕变行为和疲劳寿命进行预测，主要包括以下内容：
　　通过定应力疲劳试验，研究了不同应力幅值对填充和未填充氧化铈的硫化天然橡胶疲劳寿命的影响，并且考察了不同应力幅值下橡胶试件的平均应变变化趋势。结果表明，两种材料的疲劳寿命都随着应力幅值的增大而减小，材料的平均应变在疲劳试验过程中呈下降趋势；并且在相同的应力幅值下，添加氧化铈的硫化天然橡胶材料的最大主应变、疲劳寿命以及拉断伸长率都大于未添加氧化铈的。
　　结合疲劳试验数据，首先利用ANSYS有限元分析软件对氧化铈填充硫化天然橡胶材料试件进行疲劳分析，然后利用基于最大主应变幅值损伤模型得到的ε-N疲劳方程对氧化铈填充硫化天然橡胶材料试件进行疲劳寿命预测，对比两种计算结果发现，应变幅值在100％以上时，ANSYS计算的疲劳寿命相对准确，应变幅值在70%时，ANSYS计算的疲劳寿命误差较大，而ε-N疲劳方程能较准确的预测试件在各个应变幅值下的疲劳寿命。
　　结合蠕变试验数据，首先运用弹簧、Kelvin串联模型对试验材料的蠕变行为的预测能力进行了评估，然后基于一维三重积分非线性本构关系，结合弹簧、Kelvin串联模型和蠕变试验两个阶段非线性、线性响应特性提出了新的蠕变本构模型，预测结果表明，蠕变本构方程能很好的预测氧化铈填充硫化天然橡胶材料的蠕变行为，预测结果与试验数据吻合较好。

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第一章 文献综述

1.1 橡胶材料概述

1.2橡胶疲劳寿命的影响因素

1.3橡胶疲劳寿命预测方法研究进展

1.4材料蠕变的研究现状

1.5本文研究内容及意义

第二章 氧化铈填充硫化天然橡胶疲劳性能的试验研究

2.1 试验材料及试件选择

2.2 试验设备介绍

2.3 定载荷疲劳测试方法建立

2.4 疲劳试验

2.5 本章小结

第三章 氧化铈填充硫化天然橡胶疲劳寿命预测

3.1 Mooney-Rivlin模型常数计算

3.2 应用ANSYS对氧化铈填充硫化天然橡胶试件进行疲劳分析

3.3氧化铈填充硫化天然橡胶疲劳寿命预测

3.4 结论

第四章 氧化铈填充硫化天然橡胶蠕变本构描述

4.1 试验及结果分析

4.2 蠕变柔量分析

4.3 弹簧、Kelvin串联模型对氧化铈填充硫化天然橡胶材料的蠕变行为的描述

4.4 氧化铈填充硫化天然橡胶非线性蠕变本构模型

4.5 本章小结

第五章 结 论

5.1 本文主要内容及结论

5.2 本文主要创新点

5.3进一步研究工作的展望

参考文献

在读期间参与科研情况说明

附录

致谢