车辆减振橡胶静态非线性材料参数的精度和稳定性的测试方法技术

一种车辆减振橡胶静态非线性材料参数的精度和稳定性的测试方法，包括：通过基础实验获得力和变形的数据，得到该减振橡胶的某些基础实验数据，再按照最小二乘法拟合出本构关系实验曲线；将得到的力和变形的数据输入有限元软件进行计算，拟合计算出材料常数：得到各种形式应变能函数的拟合曲线图和实验曲线的比较分析图；通过有限元的数值计算和分析功能，可以得到拟合曲线的稳定性评价表，评价结果及解释，从而得到最优超弹性变形能密度函数的形式和相应的材料常数。本发明专利技术计算出了多组减振橡胶材料静态特性参数的数值精度、可靠性和数值稳定性分析，为减振橡胶材料静态特性参数的更精确可靠的实践应用提供了理论依据。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种，包括：通过基础实验获得力和变形的数据，得到该减振橡胶的某些基础实验数据，再按照最小二乘法拟合出本构关系实验曲线；将得到的力和变形的数据输入有限元软件进行计算，拟合计算出材料常数：得到各种形式应变能函数的拟合曲线图和实验曲线的比较分析图；通过有限元的数值计算和分析功能，可以得到拟合曲线的稳定性评价表，评价结果及解释，从而得到最优超弹性变形能密度函数的形式和相应的材料常数。本专利技术计算出了多组减振橡胶材料静态特性参数的数值精度、可靠性和数值稳定性分析，为减振橡胶材料静态特性参数的更精确可靠的实践应用提供了理论依据。【专利说明】【
】本专利技术属于机械设备和车辆的零件设计及理论研究
，具体是指一种。【
技术介绍
】应用在车辆系统中的橡胶减振器，主要起减振耗能作用的是橡胶高分子材料，而橡胶高分子材料属于超弹性材料，其力学行为体现为固体弹性和液体粘性之间的一种力学行为。其静态和准静态力学行为体现为高度非线性特征，具有强烈的时间和温度依赖性，与载荷频率、载荷幅度和变形形式等有关。由于橡胶减振器上减振橡胶的材料参数属于非线性力学参数，该类参数的影响因素过于复杂，长期以来无法实现该类参数较精确的实验研究和较精确估计，其静态非线性材料参数的精度和数值稳定性估计研究始终无法实现。由于这种理论计算和实验技术上的缺陷，造成了橡胶减振器设计精度低、性能不可靠的现状。这也就造成橡胶减振器设计技术与各种生产技术环节的脱节。调研表明，关于减振橡胶的非线性材料参数的理论计算精度研究及其数值的稳定性问题和它的实践应用问题，一直以来是科技界和工程界的较前沿问题。关于橡胶减振器减振系统的许多设计相关问题，现时较成熟的技术，只能进行过于简化的静态设计，并且无法实现较完善的橡胶减振材料非线性超弹性材料参数的精度计算和稳定性分析计算，一些理论和实验技术，仍然只处于试验研究和减振效果验证上。在工程设计中，对其非线性力学行为和力学特性参数的较精确的理论计算和实验研究较少，尤其缺少对其高度非线性系统性能精度研究的实验方法和理论计算技术。而橡胶减振器的设计必须获得这些理论计算和实验的支持，才能实现符合工况环境要求的更精确的设计。橡胶减振器在工程领域中应用广泛，而且随着各种工况环境人性化的要求、仪器设备精度要求和可靠性要求的提高，减振系统设计的精度要求也在不断提高。如，应用在各种车辆系统和船舶工程中，应用在风机、粉碎机以及机床等机械系统中的橡胶减振器等等。这些数据资料和实验及计算方法，是进行该类橡胶减振器(以及多种橡胶高分子材料)实现较精确设计和应用的重要支撑。【
技术实现思路
】本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种车辆橡胶减振非线性材料参数静态性能测试方法。本专利技术是这样实现的:一种车辆橡胶减振非线性材料参数静态性能测试方法，包括如下步骤: 第一步骤:通过基础实验获得力和变形的数据:关于剪切实验的等效替换，采用宽度方向尺寸大于高度的15倍以上的均匀单轴拉伸实验来代替，也称为受限拉伸；可以得到剪应力与应变的包含变刚度的剪切本构方程如公式(I)τ =G(Y) Y (I)式中τ-剪应力，G(Y)_剪切弹性模量，是应变的函数；Y-剪应变；其静态工程剪切应变数值，可以通过视频摄象测量出宽度方向的尺寸变化，并与其垂直方向的尺寸比较，计算得出Y，由剪应变与剪应力的关系，就可以得到该减振橡胶剪切的实验数据，再按照最小二乘法拟合出本构关系实验曲线；第二步骤:将第一步骤得到的力和变形的数据输入有限元软件进行计算，拟合计算出材料常数:得到各种形式应变能函数的拟合曲线图和实验曲线的比较分析图；第三步骤:通过有限元的数值计算和分析功能，利用计算机进行计算分析，可以得到拟合曲线的稳定性评价表，评价结果及解释，Mooney-Rivl in —阶模型材料参数的稳定性评价表，Polynomial 二阶材料参数的稳定性评价表，Yeoh三阶材料参数的稳定性评价表和Arruda-Boyce材料参数的稳定性评价表，对上述结论比较和综合分析，从而得到最优超弹性变形能密度函数的形式和相应的材料常数。进一步地，所述基础实验为受限拉伸实验，即采用宽度方向尺寸大于高度的15倍以上的均匀单轴拉伸实验。本专利技术的优点在于:本专利技术主要通过材料特性描述和应力状态分析，从微观理论方面出发，研究了组成橡胶减振器的减振橡胶材料的实验原理。进行了加载设备工装的研发。并进行了安装实验。研究了车辆减振橡胶材料的多种超弹性材料变形能密度的表达式，并得到了其静态材料参数获取的理论和实验技术方法。并对实验结果进行了统计分析，得到了多个关于减振橡胶非线性材料参数的数据资料。利用高效的数值计算方法，结合计算机仿真技术和实验方法的研发，得出了较系统的减振橡胶超弹性材料参数的精度确定方法，并专利技术了其相关参数的稳定性评价方法。应用上述方法，基于非线性的有限元计算技术，计算出了多组减振橡胶材料静态特性参数。应用上述方法，结合计算机数值分析技术，计算出了多组减振橡胶材料静态特性参数数值精度可靠性和稳定性，为减振橡胶材料静态特性参数的更精确可靠的实践应用提供了理论依据。【【专利附图】【附图说明】】下面参照附图结合实施例对本专利技术作进一步的描述。图1是本专利技术中受限拉伸实验示意图。图2是本专利技术中车辆减振橡胶受限拉伸实验专用夹具。图3是本专利技术中等双轴拉伸的加载图。图4是本专利技术中压缩应力状态的叠加原理示意图。图5是本专利技术中Polynomial —阶和Polynomial 二阶单轴拉伸拟合曲线图。图6是本专利技术中Polynomial 二阶拟合出的简单剪切应力-应变曲线。图7是本专利技术中Yeoh三阶和Arruda-Boyce拟合曲线与实验数据曲线图。【【具体实施方式】】一种车辆橡胶减振非线性材料参数静态性能测试方法，包括如下步骤:第一步骤:通过受限拉伸基础实验获得力和变形的数据:关于减振橡胶的压缩实验，轴向加均匀压力时，在接触面上的摩擦力的作用将造成材料不能够沿垂向移动。而稍离开接触面的部分，由于橡胶材料的不可压缩性和大变形特征，当垂向无约束时，材料向垂向迅速移动，横向变形过大，变形极不均匀。因此，这种压缩实验机所获得的压缩工程应力和工程应变的关系，并不能够真实反映减振橡胶的真实本构关系，严重失真。而橡胶减振器一般要经过定型或约束，限制其材料的任意方向的流动性。关于剪切实验的等效替换，可以采用宽度方向尺寸大于高度的15倍以上的均匀单轴拉伸实验来代替，也称为受限拉伸，如图1所示。此时，宽度方向的绝对变形远远小于轴向拉伸变形，宽度方向的绝对变形可以忽略。受限拉伸时，由于宽度方向尺寸远远大于高度方向，可以假定宽度方向尺寸保持不变，是剪切变形的轴线方向。即零件轴线不变，而横截面发生横向移动的变形就是剪切变形。这种实验，可以产生较大的剪切应力，用于剪切实验的等效替换。可以得到剪应力与应变的包含变刚度的剪切本构方程如公式(I)τ =G(Y) Y (I)式中τ-剪应力，G(Y)_剪切弹性模量，是应变的函数；Y-剪应变。根据上述原理设计和制作了车辆减振橡胶受限拉伸专用夹具，如图2所示。包括上夹头主体1、下夹头主体2 ;所述上夹头主体I的上方具有与力传感器连接的螺栓3 ;所述下夹头主体2固定在电子拉伸实验机的底座上；所述上夹头主体I与所述下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车辆减振橡胶静态非线性材料参数的精度和稳定性的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步骤：通过基础实验获得力和变形的数据：可以得到剪应力与应变的包含变刚度的剪切本构方程如公式（1）τ=G(γ)γ  (1)式中τ‑剪应力，G(γ)‑剪切弹性模量，是应变的函数；γ‑剪应变；其静态工程剪切应变数值，可以通过视频摄象测量出宽度方向的尺寸变化，并与其垂直方向的尺寸比较，计算得出γ，由剪应变与剪应力的关系，就可以得到该减振橡胶剪切的实验数据，再按照最小二乘法拟合出本构关系实验曲线；第二步骤：将第一步骤得到的力和变形的数据输入有限元软件进行计算，拟合计算出材料常数：得到各种形式应变能函数的拟合曲线图和实验曲线的比较分析图；第三步骤：通过有限元的数值计算和分析功能，利用计算机进行计算分析，可以得到拟合曲线的稳定性评价表，评价结果及解释，Mooney‑Rivlin一阶模型材料参数的稳定性评价表，Polynomial二阶材料参数的稳定性评价表，Yeoh三阶材料参数的稳定性评价表和Arruda‑Boyce材料参数的稳定性评价表,对上述结论比较和综合分析,从而得到最优超弹性变形能密度函数的形式和相应的材料常数。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱聪玲，江吉彬，刘成武，肖雪青，郑明辉，李敏旭，李斯，李畅畅，徐菁，王巍，巫盛淘，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：福建;35