橡胶隔振器高温及变幅载荷疲劳寿命预测研究

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1、硕士学位论文橡胶隔振器高温及变幅载荷疲劳寿命预测研究作者姓名李明敏学科专业车辆工程指导教师上官文斌教授所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2015年4月AresearchonfatiguelifepredictionofrubbervibrationisolatorunderhightemperatureandvariableamplitudeloadingconditionsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiMingminSupervisor：Prof.ShangguanWenbinSou

2、thChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：U467.4+97学校代号：10561学号：201220101281华南理工大学硕士学位论文橡胶隔振器高温及变幅载荷疲劳寿命预测研究作者姓名：李明敏指导教师姓名、职称：上官文斌教授申请学位级别：硕士学科专业名称：车辆工程研究方向：车辆振动噪声测控技术及故障诊断论文提交日期：2015年4月20日论文答辩日期：2015年6月3日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：杨帆（教授）委员：Subhashrakheja（教授）冯颖（副教授）邱志成（教授）

3、赵学智（教授）摘要摘要车用橡胶隔振器在工作过程中常常因为受到变幅载荷的作用,以及高温、臭氧等因素的影响而容易发生疲劳失效。研究橡胶疲劳失效的机理，理解裂纹成核和裂纹扩展的一般过程，通过实验建立橡胶隔振器的疲劳寿命预测模型，有助于对橡胶隔振器进行优化设计和疲劳寿命的准确预测，对保证汽车的安全性和可靠性具有重要意义。本文的主要从以下两个方面来研究橡胶隔振器的疲劳特性及工程应用：一，橡胶隔振器的高温疲劳实验及寿命预测研究；二，橡胶隔振器的变幅载荷疲劳实验及寿命预测研究。本文首先回顾了现有的一些疲劳寿命预测理论，然后介绍了高温和变幅载荷疲劳试验以及寿命预测的基本方法。分别用

4、哑铃形试片展开了高温疲劳试验，用哑铃形试柱展开了变幅载荷疲劳试验。最后对橡胶隔振器进行疲劳寿命实测来完成实验验证。高温疲劳实验选硬度为45度以及50度的填充天然橡胶(N45及N50)为研究对象，通过橡胶材料的基础拉伸实验获取了材料参数。将哑铃形橡胶试片在常温(23℃)、60℃和90℃三个温度环境中,展开了简单拉伸疲劳试验。以工程应变峰值为损伤参量，根据哑铃形试片的疲劳试验结果，建立了橡胶材料在三种不同温度环境下的疲劳寿命预测模型。分析了高温软化、胶料的硬度、损伤参量选取对橡胶疲劳寿命的影响。对一动力总成悬置进行了高温耐久试验，利用90℃环境下的疲劳寿命模型对其寿命

5、进行了估算，结果显示，计算得到的寿命分布在实测寿命的2倍分散线以内。说明高温环境下工作的橡胶隔振元件的疲劳寿命可以通过试片单轴拉伸实验获取的预测模型来进行预测。变幅载荷疲劳实验选取硬度为50度的填充天然橡胶(N50)为研究对象，在常温环境下开展了哑铃形橡胶试柱的简单拉伸疲劳实验。实验研究了Miner线性累积损伤法则分别考虑到应变R比，应变水平，应变加载的顺序及时间停顿等因素时的适用情况。结果显示，实验所得寿命大都落于通过Miner法则计算得到的寿命的2倍分散线以内。说明橡胶隔振器变幅载荷疲劳寿命可以通过Miner法则来进行简单预测。文中以某副车架衬套为例，计算了20

6、个典型工况组成的变幅载荷下的疲劳寿命，为工程中该类橡胶隔振器疲劳寿命的预测提供了简单有效的分析方法。关键词：橡胶隔振器；疲劳寿命预测；高温疲劳；变幅载荷；Miner法则I华南理工大学硕士学位论文AbstractRubbervibrationisolatorsareusuallysubjectedtotime-varyingstrains,hightemperature,oxygenandtheyarefailedwiththecracksgrowth.Thereforefatiguelifepredictionofarubbervibrationisolatorun

7、dervariableamplitudeloadingcontidtionsorhightemperatureisanimportantissue.Thefatiguemechanismisstudiedandthemethodsoffatiguelifepredictionofrubberisolatorsunderhightemperatureorvariableamplitudeloadingconditionsaredevelopedinthispaper.Theworksthispaperstudiedaremainlyfollowingtwoaspe