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天然橡膠與合成橡膠呈現(xiàn)出很多獨特的物理和化學特性，如超彈性、大變形等，且柔軟性、耐磨性、絕緣性和阻隔性都十分優(yōu)良，在工程上的應用非常廣泛，如減震彈簧、密封件、軸承、支座等。特別是自20世紀30年代初，橡膠與金屬件的粘結(jié)技術(shù)在國際上取得成功后，橡膠件作為減振元件在工程上獲得了越來越廣泛的應用。但是橡膠材料的幾何和材料雙重非線性使得橡膠產(chǎn)品的常規(guī)設計非常困難，近些年隨著有限元分析技術(shù)的發(fā)展，人們可以利用大型有限元分析軟件來對橡膠產(chǎn)品進行非線性有限元分析，大大縮短了設計周期，提高了產(chǎn)品的設計精度。
為了保證橡膠制品使用時的安全性和可靠性，在產(chǎn)品設計中，研究橡膠材料的斷裂特性以及了解橡膠失效的過程與機理具有很重要的意義。工程中橡膠制品通常承受壓縮和簡單剪切變形，本研究通過有限元軟件模擬簡單剪切情況下橡膠材料的撕裂能與裂紋尺寸的關(guān)系，并用所分析的結(jié)果解釋了工程卡車用橡膠墊的剪切破壞機理應變能釋放率(撕裂能)是橡膠材料斷裂力學中最有用的一個斷裂判據(jù)。該方法基于Griffith裂紋增長能量理論，這個概念首先被Rivlin和Thomas成功地用于橡膠的撕裂。
Rivlin和Thomas對橡膠材料的應變能釋放率G的經(jīng)典定義為：G=-(UA)l式中，U為材料貯存的總體彈性應變能，A為裂紋一側(cè)的面積(在未變形時)，所取導數(shù)是在固定位移邊界條件下，因此外力不作功。Rivlin和Thomas最早使用純剪切試件研究橡膠的斷裂屬性，他們采用分區(qū)域的分析方法得到并證實了一個理論，即在純剪切試件中，當裂紋尺寸足夠大時撕裂能與裂紋尺寸無關(guān)。Lind-ley也對簡單剪切試件采用了同樣的分區(qū)域法，如圖所示，一個矩形剪切塊，高h，寬w，厚度為t，當承受簡單剪切的應變e時，整個矩形塊可以分為3個區(qū)域，區(qū)域2為均勻簡單剪切，區(qū)域1為靠近邊緣的復雜應力區(qū)。當在試件粘結(jié)處引入裂紋，而裂紋長度足可以與膠塊的高度相比時，此時把試件可以分為4個區(qū)域，比沒引入裂紋前多了一個未變形區(qū)域4以及帶裂紋尖端的復雜區(qū)域3，同純剪切試件的分析一樣，可以認為裂紋擴展一個微小量δc僅僅是使區(qū)域3沿裂紋擴展方向移動了，未變形區(qū)域4的增加是以縮小均勻簡單剪切區(qū)域2為代價，上式表明，簡單剪切中長裂紋的情況與純剪切中的長裂紋情況相同，撕裂能都是定值，與裂紋長度無關(guān)。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設計│有限元分析│強度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務與解決方案
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