金屬橡膠材料的理論模型研究.pdf

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1、第19卷第3期航空動(dòng)力學(xué)報(bào)Vol119No132004年6月JournalofAerospacePowerJun.2004文章編號(hào):100028055(2004)0320314206金屬橡膠材料的理論模型研究1122郭寶亭,朱梓根,崔榮繁,龐為(1.北京航空航天大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院,北京100083;2.沈陽(yáng)黎明航發(fā)集團(tuán)公司技術(shù)中心,沈陽(yáng)110043)摘要:金屬橡膠因此類金屬構(gòu)件具有類似橡膠的彈性而得名。本文從金屬橡膠的成型工藝特點(diǎn)出發(fā),以彈簧理論為基礎(chǔ),通過建立金屬橡膠材料的力學(xué)模型,對(duì)材料的剛度特性進(jìn)行理論分析,給出了金屬橡膠材料的本構(gòu)關(guān)系,為開發(fā)金屬橡膠材料的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與應(yīng)

2、用提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞:航空、航天推進(jìn)系統(tǒng);金屬橡膠;模型;成型非受壓面;非線性中圖分類號(hào):V23119文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:ATheoreticalModelofMetal-RubberGUOBao2ting,ZHUZi2gen,CUIRong2fan(1.SchoolofJetPropulsion,BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Beijing100083,China;2.ShenyangLiMingAeroengineGroupCorporationLTD,Shenyang110043,China)Abstract:Meta

3、l2Rubber(MR)isametalmaterial,anditselasticityissimilartothatofrub2ber.Thepaper,basedonMRtraitsofformingtechnicsandspringtheory,demonstratestheme2chanicmodelofMRandstudiestherigiditycharacteristicsthroughtheoreticmethod.Besides,thepaperpresentstheconstitutiverelationofMR,whichissignificantfort

4、heMRproductdesignsandapplications.Keywords:aerospacepropulsionsystem;Metal2Rubber(MR);model;formingnonpressing2surface;nonlinear金屬橡膠材料是由金屬絲制成的。它的主要制作過程是先將金屬絲繞成螺旋狀的彈簧形狀,經(jīng)過拉伸、編織后,放入模具中壓制成型(如圖1)。金屬橡膠壓制成型后,金屬絲之間相互纏繞,在一定程度上有某種規(guī)則性,在金屬橡膠的成型受壓面上,金屬絲多為平行受壓面分布(如圖2)。其中圖2(a)是在成型時(shí)受壓面金屬絲排列圖,圖2(b)是成型非受壓面金屬絲

5、排列圖。從圖2金屬圖1金屬橡膠阻尼器橡膠中金屬絲的排布可以看出,在金屬橡膠的成Fig.1MRDamper型受壓面上,金屬絲多為平行受壓面分布。因此,收稿日期:2003-07-08;修訂日期:2004-05-10作者簡(jiǎn)介:郭寶亭(1963-),男,遼寧沈陽(yáng)人,北京航空航天大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院博士后,主要從事轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及振動(dòng)試驗(yàn)技術(shù)研究.第3期郭寶亭等:金屬橡膠材料的理論模型研究315金屬橡膠是一種非各向同性材料。對(duì)于環(huán)型金屬橡膠減振器,就材料本身而言,根據(jù)以上對(duì)金屬橡膠材料的觀察分析,可以它是一種疏松結(jié)構(gòu)的金屬材料,在材料力學(xué)中,它將雜亂的金屬絲看成許多分層的微小彈簧,

6、小彈的密實(shí)性或連續(xù)性是不能夠被忽略的。而就其制簧的形狀各不相同,但主要可看成是與成型壓力做工藝而言,在整個(gè)構(gòu)件體積內(nèi)是均勻的。而它在面有一小角度A(即螺旋角)的小曲梁。每個(gè)小彈壓制方向和非壓制方向上,具有不同的力學(xué)性能,簧都具有一定剛度,它們的共同作用形成宏觀上屬于正交各向異性(確切地說屬于工藝正交各向金屬橡膠總的剛度特性。金屬橡膠在受外力時(shí),小異性)材料。彈簧之間的相互滑移產(chǎn)生的摩擦必然消耗部分能量,這是金屬橡膠具有阻尼作用的原因。圖4“微單元體”應(yīng)力情況Fig.4"Micro2cell"stress為了研究環(huán)型金屬橡膠的受力狀態(tài),可以借助材料力學(xué)中的方法,切取一個(gè)小“微單元體

7、”,其應(yīng)力狀況如圖4所示。其中與Z軸垂直的面即X-Y面為受壓面,與X、Y軸垂直的面即Y2Z圖2不同成型面中金屬絲的排布面、X2Z面為非受壓面。這里切取的小“微單元Fig.2Arrangingwireondifferent體”,以其在很小的體積內(nèi)的平均力學(xué)性能,接近forming2surface整個(gè)試件的平均力學(xué)性能為準(zhǔn)。為了研究金屬橡微元彈簧之間的相互擠壓也是隨變形量的增膠材料的宏觀性能,作為工程方法,我們假定其加而增大的,這種擠壓作用限制了微元彈簧之間為連續(xù)的、均勻的介質(zhì)模型。