变幅载荷下填充型天然橡胶疲劳试验与预测方法研究*

doi:10.3901/JME.2016.14.058

机械工程学报 ›› 2016, Vol. 52 ›› Issue (14): 58-66.doi: 10.3901/JME.2016.14.058

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变幅载荷下填充型天然橡胶疲劳试验
与预测方法研究^*

段小成¹², 上官文斌¹², 王小莉¹, 李明敏¹, 徐驰²

出版日期:2016-07-20 发布日期:2016-07-20
作者简介:作者简介：段小成，男，1982年出生，博士研究生。主要研究方向为汽车橡胶隔振器NVH控制和橡胶材料疲劳特性试验与预测。
E-mail：dxc@tuopu.com
E-mail：sgwb@scut.edu.cn
王小莉(通信作者)，女，1986年出生，博士研究生。主要研究方向为橡胶隔振器振动控制和疲劳耐久特性。近5年在机械系统振动和疲劳研究领域发表论文10余篇，其中4篇被SCI收录，6篇被Ei光盘版收录。
E-mail：xlwang55@163.com
E-mail：limingmin2009@163.com
E-mail：xc@tuopu.com
基金资助:
* 国家自然科学基金(51275175)、广东省自然科学基金(2014A030313254)和中国博士后科学基金(2015M572305)资助项目; 20150721收到初稿，20151124收到修改稿;

Experiment and Fatigue Life Prediction of Filled Natural Rubber under Variable Amplitude Loading Conditions

DUAN Xiaocheng¹², SHANGGUAN Wenbin¹², WANG Xiaoli¹, LI Mingmin¹, XU Chi²

1. School of Mechanical & Automotive Engineering， South China University of Technology， Guangzhou 510641,
2. Ningbo Tuopu Group Co.， Ltd.， Ningbo 315800

Online:2016-07-20 Published:2016-07-20

摘要/Abstract

摘要：

以填充天然橡胶哑铃型圆柱试件为研究对象，进行不同应变比R与变幅载荷下的单轴疲劳试验，并分析变幅载荷对疲劳寿命的影响。以应变幅值为损伤参量，建立基于应变比R=0的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型，利用该模型预测所有应变比工况下的疲劳寿命，其预测值与实测寿命的偏差在2倍分散因子以内;对不同应变比R、载荷水平、加载顺序与停顿时间等变幅载荷下的疲劳寿命进行单轴疲劳试验，基于Miner线性损伤法则预测变幅载荷下的疲劳寿命，和实测寿命相比其偏差都落在2倍分散因子以内;对哑铃型试件进行随机载荷疲劳试验，通过雨流统计和不同应变比R下的统一疲劳寿命预测模型计算其总寿命，预测结果和实测结果最大误差在34%以内。验证了Miner线性损伤法则在填充型天然橡胶疲劳寿命预测中的普适性，所建立的不同应变比R下的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型可用于橡胶隔振器的前期耐久评估。

关键词: 疲劳寿命, 寿命预测, 填充天然橡胶, 应变比, 变幅载荷

Abstract:

Under various strain ratios (R=max/min) loads and variable amplitude loading, uniaxial fatigue experiments are carried out for dumbbell cylindrical specimens of filled natural rubber, and the effect of variable amplitude loading on fatigue life is investigated. Based on the fatigue measurement data, a unified fatigue prediction model with equivalent strain amplitude damage is established. The predicted life of cylindrical specimen is within a factor of two compared to tested life underR>0 andR<0 loading conditions. Variable amplitude loadings are selected to show the effects ofR-ratio, load level, load sequence and dwell periods on uniaxial fatigue life test. The predicted life under variable amplitude loading based on Miner linear damage rule and the unified life prediction model is fully within a factor of two compared to measured life. The dumbbell specimens are tested under random loading. The predicted life is calculated based on rain-flow count and unified fatigue prediction model, while the maximum error is less than 34% for tested and predicted life. The proposed unified fatigue life prediction model and Miner linear damage rule can be used to estimate the fatigue life of a filled natural rubber component under variable loading conditions.

Key words: fatigue life, filled natural rubber, life prediction, strain ratio, variable amplitude loading

段小成, 上官文斌, 王小莉, 李明敏, 徐驰. 变幅载荷下填充型天然橡胶疲劳试验
与预测方法研究^*[J]. 机械工程学报, 2016, 52(14): 58-66.

DUAN Xiaocheng, SHANGGUAN Wenbin, WANG Xiaoli, LI Mingmin, XU Chi. Experiment and Fatigue Life Prediction of Filled Natural Rubber under Variable Amplitude Loading Conditions[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2016, 52(14): 58-66.

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