金属橡胶材料的理论模型研究

金属橡胶因此类金属构件具有类似橡胶的弹性而得名。本文从金属橡胶的成型工艺特点出发,以弹簧理论为基础,通过建立金属橡胶材料的力学模型,对材料的刚度特性进行理论分析,给出了金属橡胶材料的本构关系,为开发金属橡胶材料的产品设计与应用提供理论依据。      

压缩比对金属橡胶结构和压缩力学性能影响

加工了具有相同尺寸和质量的多个金属橡胶,而各金属橡胶对应不同高度的毛坯,引入"压缩比"概念,即毛坯高度和模压后金属橡胶成品高度之比,分析压缩比对金属橡胶结构和力学特性的影响.准静态试验结果表明:压缩比会显著的影响金属橡胶的表观结构以及各向异性力学特性,压缩比较大,到达5~6时,金属橡胶表观的螺旋丝呈现有序的竖立堆积状,同时成型方向刚度偏小;而压缩为2时,成型方向刚度很大,非成型方向刚度相比于其余压缩比试件明显偏小.试验结果表明:在金属橡胶的加工和设计过程中,需要考虑压缩比对性能的影响.      

复杂构型金属橡胶毛坯铺设路径规划

基于金属橡胶毛坯自动化铺设工艺,对遗传算法进行合理改进,进行了复杂构型金属橡胶毛坯铺设的定位销优化设计和路径规划。针对定位销优化设计和路径规划问题,建立了改进的编码、交叉、变异算子,并提出评价因子对遗传算法的迭代过程进行评价。优化的定位销排布和铺设路径可以较好地实现复杂构型金属橡胶毛坯铺设,铺设10层时,优化路径对应的目标函数b的值比经验路径小54%,路径规划作用显著。单层路径规模对铺设效果影响较小;单层路径规模不同时,毛坯内部接触状态随着铺设螺旋卷长度的增加趋于一致。为复杂构型金属橡胶毛坯铺设提供了理论依据。      

用于管路的薄金属橡胶减振器的性能研究

金属橡胶是一种高阻尼非线性减振材料,本文对金属橡胶薄片减振器的基本性能进行了实验研究。设计了单自由度系统,详细研究了不同参数的金属橡胶减振器对系统的特性的影响。大量实验表明,金属橡胶的成型密度、安装紧度、成型厚度、金属丝材料等因素对金属橡胶的减振效果存在不同程度的影响,且承受的激振力水平越高,其减振效果越好。      

新型改性氰酸酯及其复合材料性能

采用新型催化剂、增韧剂制得了一种改性氰酸酯树脂,对新型改性氰酸酯树脂的工艺性、耐热性、力学性能进行了评价,并对其复合材料的介电、力学性能进行了研究。结果表明新型改性氰酸酯树脂具有良好的工艺性,适合热熔法制备预浸料;树脂及其复合材料的力学及介电性能优良,可在180℃下使用,适合高性能透波材料和高频电路板使用。     

纳米多孔金属的制备方法及其力学性能的研究进展

纳米多孔金属是一种孔径在0.1~100 nm之间,且韧壁尺寸也在纳米量级的多孔金属材料。因其独特的孔隙结构、高比表面积和高导电性等特征,纳米多孔金属在许多领域都有着丰富的潜在应用。这篇综述比较了制备纳米多孔金属的几种常用方法:模板法、脱合金法与电化学法,其中,主要介绍了脱合金法,包括液态金属脱合金法及气相脱合金法的最新进展;重点阐述了纳米多孔金属在表面增强拉曼散射、催化以及超级电容器方面的应用现状及相关研究工作;最后,对纳米多孔金属的力学性能模拟及实验进行讨论,重点分析了纳米多孔金属力学性能的研究趋势以及存在的主要问题。     

单向C/SiC复合材料热残余应力数值模拟研究

连续纤维增韧陶瓷基复合材料制备过程中因纤维与基体线胀系数失配会产生热残余应力,从而导致纤维脱粘、基体开裂等现象,严重影响复合材料力学性能。本文针对CVI工艺制备的单向C/SiC复合材料,建立"纤维-界面-基体"单胞物理模型,基于细观力学分析方法对热残余应力分布规律进行预测,采用ABAQUS对材料制备过程进行数值模拟,揭示了界面厚度、纤维体积分数、制备温度等参数对纤维、基体热残余应力分布的影响规律,分析了热残余应力对复合材料力学性能的影响。研究结果能够为C/SiC复合材料的设计、分析及微纳力学性能试验提供理论支持。     

金属橡胶动态隔振性能的实验研究

通过对金属橡胶元件进行的一系列实验,考察了振动频率、成型厚度、成型密度、振幅及预压缩(或初始位移)等对金属橡胶元件滞迟特性的影响规律,得到滞迟特性受成型参数尤其是成型厚度、成型密度、振幅及预压缩(或初始位移)的影响较大,随着这些参数的增大,金属橡胶元件的阻尼性能增强,而振动频率对金属橡胶元件滞迟特性的影响很小。同时对随机激励下金属橡胶元件的隔振性能进行了实验研究,得出金属橡胶减振器的隔振效率ε可达63.47%,且其隔振效率ε随激励的增大而增大。     

硫化压力对橡胶／金属热硫化粘接剥离强度的影响

研究 NR1155天然橡胶在不同硫化压力下热硫化后的物理力学性能。基于90°粘合剥离强度测试方法分别测量了不同硫化压力下制备的橡胶／金属复合结构试样的粘合剥离强度,并采用低场 NMR 橡胶交联密度测定仪分析试样中橡胶部分的交联密度,同时采用冷场发射电子扫描显微镜（SEM）研究剥离破坏表面。结果表明：NR1155天然橡胶胶料与 Chemlok205／Chemlok220热硫化胶粘体系具有很好的相容性和协同硫化作用。随着硫化压力的提高,橡胶／金属的粘合剥离强度呈现先降低后增加的规律,且最大剥离力呈现对硫化压力的函数依赖关系,而硫化胶的交联密度则呈现相反的趋势。     

航空发动机用金属橡胶隔振器动静态性能的研究

以某型号航空发动机阻尼减振需求为背景,对开发研制的金属橡胶隔振器与现用的橡胶隔振器进行了动、静态实验研究。研究结果表明:金属橡胶隔振器的能量耗散性能、静态承载能力、过临界的能力及提供振动防护的区域都远远大于橡胶隔振器,而且通过改变金属橡胶隔振器的结构参数和预压缩量可以优化其隔振效果。研究结果为利用金属橡胶隔振器来改善航空发动机的振动状况提供了依据。     

Analyses toward factors influencing sealing clearance of a metal rubber seal and derivation of a calculation formula

Sealing clearance is a key factor for a metal rubber seal’s sealability. The expansion coef-ficient and expansion deformation in the radial direction of metal rubber have been obtained through a thermal expansion experiment of metal rubber. The influence of the elastic modulus to the sealing clearance has been analyzed theoretically. By combining the temperature and elasticity factors of metal rubber with the elastic mechanics theory, the calculation formula of the sealing clearance has been derived, and the values of the sealing clearance and the leakage rate in certain working conditions have been calculated. Experimental results are consistent with calculation results in a high degree. The calculation formula of the sealing clearance can explain the influences of the temperature and elastic modulus factors of metal rubber on the sealing clearance. It can pro-vide guidance for the study of sealing mechanism of metal rubber seals.     

弹性环金属橡胶支承结构刚度设计与试验验证

 弹性环金属橡胶阻尼器(MRD/ER)是本文提出的一种有别于传统挤压油膜阻尼器的新型无油润滑转子弹性支承阻尼结构,其支承刚度主要来源于弹性环和金属橡胶,并利用金属橡胶阻尼元件提供结构阻尼。该结构具有良好的线性支承刚度且对转子振动阻尼减振效果明显,其限幅凸台限制转子系统可能出现的过大振幅,保证系统安全可靠。本文对该种弹性阻尼支承结构进行结构和动力学设计,并通过刚度阻尼性能仿真计算以及相应的试验进行验证,结果表明:在准静态试验中,阻尼器的组合刚度在大变形范围内具有良好的线性特征且具有稳定的阻尼性能;在动态试验中,结构动刚度随激振频率的增加而减小,在宽频域内具有较大的阻尼系数。     

耐高低温硅橡胶的研究

通过热空气老化试验研究了金属氧化物对提高甲基乙烯基硅橡胶(VMQ)、甲基苯基乙烯基硅橡胶(PVMQ)、三氟丙基甲基乙烯基硅橡胶(FVMQ)耐热性的作用;通过压缩耐寒系数试验和动态机械热分析(DMTA)研究了甲基乙烯基硅橡胶(VMQ)、甲基苯基乙烯基硅橡胶(PVMQ)和三氟丙基甲基乙烯基硅橡胶(FVMQ)的低温性能.试验结果表明:Fe2O3,Fe2O3/SnO2,SnO2,CeO2等金属氧化物可以显著提高硅橡胶的耐热性.光电子能谱(XPS)分析结果说明SnO2在热空气老化过程中从Sn 4被还原到Sn0,发生了多个电子转移的氧化还原反应,从而阻止了硅橡胶的热氧化自由基链增长,提高了硅橡胶的耐热空气老化性能;DMTA分析结果表明苯基硅橡胶和共聚氟硅橡胶具有非常优异的低温性能.     

硅橡胶/双酚A-苯胺型苯并噁嗪树脂耐烧蚀复合材料的制备与烧蚀结构的研究

苯并噁嗪树脂具有优异的成炭和抗高温氧化性能,是新一代的耐烧蚀树脂。以双酚A-苯胺型苯并噁嗪树脂为耐烧蚀树脂,采用1H-NMR、DSC和转矩流变仪研究其成环率和加工性能;以硅橡胶为耐烧蚀基体,采用熔融共混方法制备了硅橡胶苯并噁嗪树脂耐烧蚀复合材料。进行力学和氧乙炔焰烧蚀检测,利用FT-IR、Raman和SEM研究复合材料综合性能和烧蚀结构。结果表明:苯并噁嗪树脂能够明显提高硅橡胶复合材料的耐烧蚀性能,当树脂添加量为20份时,复合材料具有较好的耐烧蚀和力学性能;该复合材料经过氧乙炔焰烧蚀后,烧蚀层形成表面陶瓷层、裂解炭化层和基体层。表面陶瓷层主要由SiO_2,SiC和C组成,裂解炭化层的主要组由C,SiO_2,SiC以及炭化彻底的碳和炭化不完全的有机结构组成。     

金属橡胶用Cr-Ni-Mn系不锈钢丝的微观组织及力学性能研究

采用光学显微镜、扫描电镜、X射线相定量分析等技术,研究了制备金属橡胶构件用冷变形量分别为36%,64%,84%和91%所得的直径0.4mm,0.3mm,0.2和0.15mm的Cr-Ni-Mn系不锈钢丝的微组织结构和力学性能的变化规律.结果表明,冷拔钢丝中出现了形变马氏体,冷变形量为36%时的马氏体含量已达81.2%,即用于制作金属橡胶构件时奥氏体不锈钢已实际处于以马氏体为主的高强度状态,而非奥氏体状态,且马氏体数量随冷拔变形量有增大趋势;钢丝内部出现平行于拉拔方向的拉长孔洞,其体积分数随冷拔变形量的增大而增加.同时,在所用冷拔变形量条件下,不锈钢微丝的抗拉强度高达1406～2244MPa,延伸率则在13.0%～8.9%范围内变化.从而可以判断,采用上述微丝制作的金属橡胶将是以马氏体相之为主且具有微观和宏观尺度双重尺寸孔洞(孔隙)的多孔金属材料.     

用于转子系统的气膜密封阻尼结构稳态特性

针对航空发动机转子既转动又进动的运转情况,推导用于转子系统的带金属橡胶弹性外环的气膜密封阻尼结构(gas film seal damper,GFSD)雷诺方程.基于GFSD运动方程和位移协调关系,建立转子－气膜－金属橡胶三者之间的流固耦合关系,确定稳态压力场求解流程,并提出金属橡胶刚度的定量设计方法.采用有限差分法求解稳态压力场,研究GFSD工作参数和结构参数对稳态特性的影响,为GFSD结构参数设计提供参考,最后与直通式篦齿封严的泄漏量进行比较.结果表明:合理设计金属橡胶刚度能够使GFSD自适应地调节气膜间隙;在保证动压润滑的基础上,选取大长径比、小金属橡胶刚度和密封间隙能够使GFSD具有良好的稳态特性;GFSD的泄漏量远小于直通式篦齿封严,能够满足现代航空发动机中高进出口压比下的封严需要.      

带气膜阻尼环的转子系统动力特性试验

提出一种具有金属橡胶弹性外环的气膜阻尼环(AFD)作为转子系统的辅助支承阻尼元件.建立AFD的力学模型,解释其工作机理.建立带AFD转子系统的试验台和测控系统,对比无AFD转子系统的动力特性,验证AFD的辅助支承阻尼性能.通过对AFD振动位移和相位的测量,说明气膜环在转子运转过程中的跟踪振动响应过程.通过对比气膜环和转子轴颈在转子系统运转过程中的相位差,验证AFD的工作机理和阻尼减振性能.最后研究初始气膜间隙对AFD性能的影响.研究结果表明:由于AFD具有可动金属橡胶环,气膜环能够跟随转子轴颈的振动量,自动调整偏心振动量和相位,具有自适应特性.在金属橡胶和气膜的刚度和阻尼作用下,AFD作为转子系统的辅助支承阻尼元件,为转子系统提供附加支承刚度和有效阻尼,起到限幅减振的作用.而初始气膜间隙越小,辅助支承阻尼作用的效果越明显.      

导电硅橡胶研究进展

介绍了导电硅橡胶的两种导电机理,即渗流理论和隧道效应理论,综述了炭系和金属系两类导电填料的研究进展状况,并论述了温度、压力和加工工艺等因素对硅橡胶导电性能的影响,最后简要介绍了导电硅橡胶的应用状况并对其进行了展望.