金属橡胶夹芯结构连接工艺及力学性能研究

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金属橡胶作为一种弹性多孔阻尼材料,因其空间金属丝相互勾连的独特结构而具有类似橡胶制品的高阻尼性能,在高温、低温及腐蚀等复杂环境中具有较强的适应性。金属橡胶与致密金属构成的夹层结构,既具有多孔材料的轻质、高阻尼减振和高能量吸收等特性,也兼具致密金属的高强度、性能连续和受力均匀的优良性能。但金属橡胶夹芯结构连接工艺和界面性能的研究不明确,严重阻碍了金属橡胶夹芯结构的实际应用。据此,本文根据金属橡胶材料的结构特点,提出采用真空钎焊和胶结两种典型的连接工艺制备弹性阻尼夹芯结构,并以此为研究对象展开相关力学性能的试验研究。本文主要的研究内容如下:(1)采用真空钎焊和胶结工艺制备了金属橡胶复合夹芯板,结合SEM和EDS等材料微观表征方法,展开了复合结构界面结合机制的研究。结果表明:钎焊夹芯板的连接界面相对胶结工艺更均匀连续,钎料中Ni、Si元素与芯材、面板中的Fe、Cr元素扩散现象明显,形成良好的冶金结合。(2)研究了夹芯板的弯曲力学性能,设计了三点弯曲和侧向压缩试验,分析了夹芯板结构参数(金属橡胶厚度、密度及连接工艺)对其力学性能的影响。研究发现:在弯曲试验中夹芯板的面板是承受载荷的主要构件,芯层金属橡胶承受载荷的能力相对较弱。通过ABAQUS仿真软件建立了金属橡胶夹芯板弯曲试验的有限元模型,通过仿真与试验结果的对比验证了有限元分析的有效性。(3)开展了金属橡胶夹芯板拉伸剪切试验研究,分析了不同结构参数夹芯板的剪切力学性能和细观失效机理。试验发现:夹芯板的芯层是拉伸剪切的主要承载部件,增加芯材密度和厚度可以有效提高夹芯板的剪切承载能力。两种工艺制备的夹芯板在拉伸剪切试验中的失效破坏不同:胶结夹芯板表现为面板与芯材的脱粘失效,而钎焊夹芯板主要发生面板的微曲和金属橡胶内部金属丝的断裂,钎焊夹芯板界面的整体性更好。(4)基于金属橡胶夹芯板压缩变形的非线性力学性能,设计了动态试验工装,对夹芯板进行了动力学性能测试。结合非线性泛函本构关系模型,建立了金属橡胶夹芯板的动态迟滞模型。采用试验数据分别对模型中的非线性弹性恢复力系数、阻尼系数和阻尼成分因子进行了参数识别。通过对比分析夹芯板理论模型与实测数据的变化趋势,验证理论模型的准确性。
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