常用金属橡胶静刚度理论模型比较研究

文章编号:１００１-９７３１(２０１７)１１-１１１４１-０６

常用金属橡胶静刚度理论模型比较研究?

余慧杰,许亚辉,刘文慧

(上海理工大学机械工程学院,上海２０００９３)

摘一要:一金属橡胶静刚度特性呈现较大的非线性,其刚度大小与金属丝丝径二螺旋卷直径二相对密度等工艺参数紧密相关三针对当前常用的小曲梁模型二多孔材料模型二微元弹簧模型等３种静刚度模型进行比较,分析各个模型的适用范围三通过实验验证微元弹簧模型,并将其与小曲梁模型二多孔材料模型进行实验比较,发现微元弹簧理论模型与实验数据的误差最小三所以微元弹簧理论模型可以较全面地反映金属橡胶静刚度特性,为金属橡胶减振器的设计和工程应用提供理论依据三

关键词:一金属橡胶;静刚度特性;理论模型;微元弹簧

中图分类号:一TB３０２文献标识码:A DOI:１０．３９６９/j．issn．１００１-９７３１．２０１７．１１．０２５

０一引一言

金属橡胶材料是一种均质的弹性多孔物质,该材

料是应用金属丝经过一定工艺缠绕冷压成型的,其具

有金属和橡胶的优点:阻尼大二吸收冲击能力强二在真

空中不挥发二不惧怕辐射环境二耐高低温二耐疲劳老化,

寿命长和可以长期保存等优点[１]三其作为减振材料在军事,航空航天,汽车等领域应用日益广泛三

诸多学者在试验的基础上,针对金属橡胶材料已

建立了多种理论模型,如陈艳秋等[２]提出了可反映制作金属橡胶材料二丝径二密度二螺旋直径和相对密度对应力应变关系的影响的小曲梁模型;李宇燕等[３]基于剑桥大学Gibson和Ashb y于２０世纪８０年代提出的用于描述多孔固体的结构和性能的理论建立的多孔材料理论[４-６];余慧杰等[７]从金属橡胶内部微观结构出发,将基本单元螺旋卷简化为微元弹簧,应用经典压缩弹簧理论公式,对影响金属橡胶静刚度特性的主要因素进行试验,建立的微元弹簧力学模型三

目前,尚未有学者对微元弹簧模型就适用范围及

模型精度与上述其它２种模型进行比较三因此本文对不同参数下的金属橡胶进行实验测试,比较３种模型的精度,着重分析了微元弹簧模型的优缺点,为后续金属橡胶静刚度模型的选择提供依据,也为金属橡胶构件的设计和运用提供方法三

１一微元弹簧力学模型

１．１一微元弹簧力学模型的建立

金属橡胶冲压成型后,线匝之间相互缠绕,对其观

察分析后发现,可将杂乱的金属丝看成许多分层排列的微小弹簧,如图１(a)所示,再将螺旋卷简化为一个个串联和并联的微元弹簧,如图１(b)所示三同普通螺旋弹簧一样,每个微元弹簧的刚度与其丝径和中径的大小有关[８],单个微元弹簧的刚度与金属橡胶丝径成正比,而与螺旋卷的直径成反比三

图１一金属橡胶简化为微元弹簧单元

Fi g１The metal rubber is sim p lified as a micro-s p rin g unit

一一同时,若金属橡胶的相对密度(即金属橡胶成品与绕制金属橡胶的金属丝之间的密度比)增加,则说明,在微元弹簧参数不变的情况下,单位体积内的微元弹簧数量增多,串联并联的微元弹簧数量增多,使得金属橡胶的刚度增大[９-１０]三金属橡胶所产生的刚度特性,是由若干个微元弹簧相互串联与并联的结果;而金属

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余慧杰等:常用金属橡胶静刚度理论模型比较研究

?基金项目:上海市军民融合专项资助项目(２０１６４３)

收到初稿日期:２０１７-０３-２３收到修改稿日期:２０１７-０６-２８通讯作者:余慧杰,E-mail:h j y u＠usst．edu．cn

作者简介:余慧杰一(１９７８－),男,福建南靖人,副教授,博士,主要从事电子设备结构优化设计,隔振系统设计及人机工程动态仿真研究三

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