由于橡膠具有強非線(xiàn)性,采用理論分析有較大的難度,因此本文主要采用實(shí)驗與有限元數值模擬相結合的方法展開(kāi)研究。本文主要做了以下工作:
(1)振動(dòng)篩橡膠彈簧載荷-變形特性實(shí)驗。本文分別對四組橡膠彈簧進(jìn)行了單軸壓縮實(shí)驗,選取6個(gè)不同的加載速度,進(jìn)行了24次實(shí)驗。對橡膠彈簧的載荷-變形曲線(xiàn)進(jìn)行了分析。
(2)振動(dòng)篩橡膠彈簧超彈性本構模型的建立。根據實(shí)驗所得到的應力-應變曲線(xiàn),建立振動(dòng)篩橡膠彈簧的本構模型。
(3)振動(dòng)篩橡膠彈簧非線(xiàn)性靜力有限元分析。選取不同類(lèi)型振動(dòng)篩橡膠彈簧進(jìn)行非線(xiàn)性靜力分析,并與實(shí)驗進(jìn)行對比分析,驗證所選本構模型的合理性。
(4)振動(dòng)篩橡膠彈簧支撐裝置動(dòng)力學(xué)性能分析。對橡膠彈簧支撐裝置進(jìn)行了模態(tài)分析和諧響應分析。
2橡膠材料力學(xué)基本理論
2.1橡膠超彈性理論對于橡膠材料,即使變形相當大,也仍可近似地把它當成彈性材料來(lái)處理。彈性材料的變形過(guò)程是可逆的。在對橡膠材料進(jìn)行研究時(shí),一般認為橡膠材料是各向同性不可壓縮的超彈性體,其物理屬性主要通過(guò)應變能函數來(lái)表達,每種模型都是應變能函數的某種特殊形式。
2.2橡膠超彈性本構模型橡膠為超彈性材料,反映其應力-應變關(guān)系的模型稱(chēng)為本構模型。19世紀以來(lái),橡膠材料本構關(guān)系的研究得到了較大地發(fā)展,建立了眾多基于不同理論的本構模型。
2.2.1分子統計學(xué)本構模型橡膠分子鏈由許多鏈節組成,其間多通過(guò)鏈節節點(diǎn)處化學(xué)交聯(lián)而形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò )結構。從分子或原子運動(dòng)原理出發(fā),采用統計法,通過(guò)對長(cháng)鏈分子彈性性質(zhì)的研究,可確定橡膠的宏觀(guān)本構關(guān)系。常用的分子統計學(xué)本構模型主要有以下幾種。2.2.2變形張量不變量本構模型大多數連續介質(zhì)力學(xué)處理橡膠彈性時(shí),都把橡膠材料的變形看成是各向同性的超彈性體的均勻變形,這樣應變能密度函數就可以表示成主伸長(cháng)率或者是變形張量的三個(gè)不變量的函數。
2.3動(dòng)力學(xué)理論.
2.3.1非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)理論使振動(dòng)系統產(chǎn)生非線(xiàn)性的原因很多,但其中主要的是由非線(xiàn)性彈性力和非線(xiàn)性阻尼力所構成,多自由度非線(xiàn)性系統的微分方程的一般形式為:對于橡膠材料,其應力-應變關(guān)系不是線(xiàn)性關(guān)系。在這種情況下,彈性元件的恢復力與變形不再為線(xiàn)性關(guān)系,彈性力是位移的非線(xiàn)性函數。這種非線(xiàn)性函數大致可以分為兩類(lèi):①若曲線(xiàn)的斜率隨位移的增加而增加,則稱(chēng)為硬特性彈簧,此種非線(xiàn)性為硬特性非線(xiàn)性;②若曲線(xiàn)的斜率隨位移的增加而減小,則稱(chēng)為軟特性彈簧和軟特性非線(xiàn)性。