橡胶球铰疲劳裂纹扩展寿命预测

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加速老化试验预测橡胶使用寿命(自己翻译过来的)

加速试验预测橡胶组件的使用寿命（翻译的）摘要：橡胶材料的性能及橡胶组件使用寿命的预测、估算在橡胶组件的设计过程中有着重要的作用。

我们通过加速老化试验和模拟相结合的办法，对橡胶材料在氧气环境中的寿命预测做了很多年的研究。

这篇论文研究了热老化对橡胶性能的影响，同时也对冷冻机用三元乙丙橡胶（EPDM），丁腈橡胶（NBR）橡胶组件的使用寿命进行了预测。

实验结果表明橡胶组分影响着橡胶的交联密度；老化时间及活化能可以很好的用以描述老化行为；通过单轴拉伸试验得到应力应变曲线。

为了预测EPDM，NBR的使用寿命，对这两种橡胶做了50℃到100℃，1天到180天的加速老化试验，并测试了一系列的物理性能试验。

通过阿伦尼乌斯方程进行了计算，并通过压缩永久变形试验，本文提出了一系列方程用以预测橡胶材料使用寿命。

关键词：加速试验，丁腈橡胶，活化能，交联，三元乙丙橡胶，热老化，寿命预测，橡胶材料。

符号缩写：C.S 压缩永久变形；d0 样品的厚度；d1压缩状态下样品厚度；d2 卸载后厚度k 交联密度变化程度；（K）T 反应速率；A，B 常数；E 反应活化能；R 气体常数；T 绝对温度I 前言橡胶是一种最为通用的材料，有着广泛的用途，甚至很难说清它到底有多少用途。

从普通的家用，商用，汽车制造等到高尖端的航天航空工业都有橡胶的身影。

许多橡胶组件在使用中需要承受一定的机械力作用，为了保证橡胶组件的安全性和可靠性，使用寿命的预测估算是一项关键技术。

如何防止橡胶组件在使用过程中损坏是一个关键问题。

橡胶组件在使用过程中承受着一定的载荷，还受到温度，辐射以及一些其它的有害物质的影响。

所有的影响因素结合在一起，导致了橡胶物理及化学结构的改变，最终表现为橡胶机械性能的降低。

橡胶在使用了一段时间后，开始老化，通常表现为挺性增加，阻尼性能下降。

老化不光光影响了性能，同时也影响了组件的使用寿命。

橡胶组件所处环境的不同，使得它们的降解方式也不一样。

橡胶组件的逐步老化降解，不仅与外部因素有关，同时与橡胶基体本身以及橡胶里面的添加剂有关。

变刚度橡胶球铰的刚度特性与疲劳寿命分析

（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｕｚｈｏｕ４１２００７，Ｃｈｉｎａ；２．ＺｈｕＺｈｏｕＴｉｍｅＮｅｗＭａｔｅｒｉｌａＴｅｃｈｎｏｌｏｙｇＣｏ．，Ｌｔｄ．Ｚｈｕｚｈｏｕ４１２００７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｓｔｉｆｎｅｓｓａｎｄｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｏｆｖａｒｉａｂｌｅｓｔｉｆｎｅｓｓｒｕｂｂｅｒｂｕｓｈｉｎｇ
ＤＩＮＧＺｈｉ－ｐｉｎｇ，ＹＡＮＧＲｏｎｇ — ｈｕａ，ＨＵＡＮＧＹｏｕ－ｊｉａｎ，ＢＵＪｉ１ｉｎｇ
ｕｂｒｂｅｒｂｕｓｈｉｎｇ．Ｈｅｎｃｅｔｈｅｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆｔｈｅｕｂｒｂｅｒｂｕｓｈｉｎｇｃａｎｂｅｃｈａｎｇｅｄｂｙａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅｈｅｉｇｈｔｏｆｓｔｏｐｃａｔｃｈａｃｃｏｒｄｉｎｇ
算疲劳载荷工况下球铰危险点的等效应力范围，结合ｓ一 Ⅳ 曲线对橡胶球铰的疲劳寿命分析预测，并通过台架疲劳实验

疲劳裂纹扩展与寿命计算

下午12时41分28秒
Values of C and m for Crack Growth Eqn.
20
Material
c
m
下午12时41分28秒
4 影响疲劳裂纹扩展的因素 21
影响疲劳裂纹扩展的因素
➢应力强度因子变程 • 最重要、最基本
➢应力比 ➢平均应力 ➢高载峰值 ➢加载频率 ➢温度 ➢环境介质
控制的： da c(K )n dN
式中c、n是与试验条件（环境、加载频率、温度和应力比R等）有关的材料常数，对于绝大多数金属材料，n = 2 ~ 4。KI为应力强度因子幅度，其定义为
KI KI,max KI,min (I,max I,min ) a
Paris公式表明：疲劳裂纹扩展是由裂纹尖端弹性应力强度因子的变化幅度所控制的。
m
1 1
R R
a
1 R 1 R
2
1 R 2
当应力变程一定时，平均应力随应力比的增加而增加
平均应力的影响可通过R来体现
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注：Paris公式的几种修正形式简介 24
1）Donalure公式：反映门槛值的影响
da dN
c(K12
K
2 th
)
在曲线的第I区域，即在疲劳裂纹扩展初期，疲劳裂纹扩展速率受 Kth 的影响较大，但是paris公式没有反映门槛值的存在，也没有反映Kth 的影响，所以Donalure提出上式疲劳裂纹的扩展速率经验Kth公式。
下午12时41分28秒
注：Paris公式的几种修正形式简介 25
2）Walker公式：考虑平均应力的影响，适合描述裂
纹速率特性的第II区域。
da dN
c[KI,max (1 R)m ]n

变刚度橡胶球铰的刚度特性与疲劳寿命分析

变刚度橡胶球铰的刚度特性与疲劳寿命分析丁智平;杨荣华;黄友剑;卜继玲【摘要】进行变刚度橡胶球铰的承载特性研究，有限元数值分析与实验结果均表明其刚度曲线表现为明显的非线性特性。

正常载荷工况刚度值小、平稳，极限载荷刚度曲线出现拐点，刚度值显著增大。

改变橡胶球铰的止挡高度，会直接影响刚度曲线的拐点位置。

可据载荷工况，通过调整止挡高度改变刚度特性。

据橡胶超弹特性，用有限元分析数据计算疲劳载荷工况下球铰危险点的等效应力范围，结合S-N曲线对橡胶球铰的疲劳寿命分析预测，并通过台架疲劳实验验证。

结果显示橡胶球铰经150万次疲劳试验后未失效，与寿命预测值基本吻合。

%The bearing behavior of a variable-stiffness rubber bushing was studied.Both the finite element analysis and experimental results show that the stiffness curve has obvious nonlinearity.The stiffness value is small and stationary under normal load conditions,and grows up significantly with obvious inflection point on the stiffness curve under ultimate load.The position of the inflection point on stiffness curve can be directly affected by changing the height of stop catch in rubber bushing.Hence the stiffness of the rubber bushing can be changed by adjusting the height of stop catch according to working conditions.The results of finite element analysis were used to calculate the equivalent stress range of peril point of the rubber bushing under fatigue loading according to the hyperelastic characteristics of rubber material.The fatigue life of the rubber bushing was predicted with S-N curve and then was verified by fatigue bench test result.The resultsindicate that the rubber bushing does not fail after 1 .5 million cycles in fatigue test,and the tested fatigue life is accordant with the predicted one.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】6页(P99-104)【关键词】橡胶球铰;刚度;等效应力;疲劳寿命【作者】丁智平;杨荣华;黄友剑;卜继玲【作者单位】湖南工业大学机械工程学院，湖南株洲 412007;湖南工业大学机械工程学院，湖南株洲 412007;株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲412007;株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲 412007【正文语种】中文【中图分类】TQ332;U467.4+97随着轨道交通的迅猛发展，对车辆安全性、舒适性、可靠性要求更高[1]。

橡胶密封圈疲劳寿命预测研究方法综述

橡胶密封圈疲劳寿命预测研究方法综述摘要：橡胶密封圈对提高设备密封性能有重要作用，通常作为密封构件广泛应用于工业机械设备。

概述橡胶密封圈的疲劳寿命研究方法，主要分为S-N曲线法、裂纹萌生法和裂纹扩展法。

从寿命预测计算理论出发，阐述常用的计算模型，总结实现橡胶密封圈寿命预测计算的方式，对初步了解橡胶材料寿命预测方法和计算模型之间的关系具有重要意义。

关键词：橡胶密封圈 S-N曲线裂纹萌生裂纹扩展寿命预测橡胶属于高分子材料，具有弹性性质，能够为设备提供良好的密封性能，因此广泛应用于燃油、液压、润滑等密封系统。

在复杂工况下，橡胶密封圈经常出现老化、破裂、永久变形、间隙咬伤、腐蚀等失效现象。

为了有效预防泄漏事件的发生，许多国内外学者对橡胶密封圈使用寿命的预测方法展开了研究。

王昊等[1][2]综述了橡胶疲劳影响因素和裂纹萌生、裂纹扩展等橡胶疲劳寿命研究方法，阐述了通过有限元仿真技术预测橡胶材料疲劳寿命的研究进展。

杜秀华等[3]概述橡胶构件的疲劳寿命研究方法主要分为裂纹成核法、裂纹扩展法和S-N曲线法，并给出各研究方法的选择依据。

王小莉等[4][5]从橡胶材料的疲劳裂纹萌生、扩展以及疲劳损伤三个角度综述了疲劳特性研究进展。

丁智平等[6]采用连续介质损伤力学方法，结合有限元分析方法对橡胶构件进行寿命预测，预测结果比较理想。

刘兵[7]以某伺服作动器为研究对象，计算了橡胶O形圈的疲劳寿命，为橡胶材料寿命预测提供了分析方法和数值依据。

王星盼[8]对不同温度和多轴应力作用下的橡胶进行疲劳特性研究，通过有限元方法对橡胶构件进行了寿命预测。

裴硕等[9]基于断裂力学理论，对丁腈橡胶建立了疲劳寿命预测模型，通过FE-SAFE软件对橡胶材料进行了寿命预测。

综上所述，橡胶材料寿命预测最常见的方法有S-N曲线法、裂纹萌生法和裂纹扩展法。

1 S-N曲线法对橡胶密封圈施加周期性应力(应变)是影响疲劳寿命的主要原因，应力(应变)增加，疲劳寿命减少，反之增加。

一种橡胶弹性元件疲劳寿命预测方法的研究_刘建勋

收稿日期：2011－01－21作者简介：刘建勋，高级工程师，1995年毕业于湘潭大学机械制造专业，现任株洲时代新材料科技股份有限公司副总经理兼总工程师。

基金项目：国家“863”课题（2008AA030706）一种橡胶弹性元件疲劳寿命预测方法的研究*刘建勋，黄友剑，刘柏兵，卜继玲（株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲412007）摘要：文章结合一款锥形橡胶弹性元件的疲劳破坏问题，提出了一种基于ABAQUS+FE-SAFE 平台下的橡胶疲劳寿命预测方法，通过该疲劳仿真模拟技术，实现了对橡胶弹性元件产品疲劳寿命预测的目的，为类似弹性元件的疲劳评估提供了一种新的思路。

关键词：橡胶弹性元件；疲劳寿命；Abaqus+FE/safe 平台中图分类号：U266．2文献标识码：A文章编号：1672－1187（2011）03－0012－03Research on fatigue life prediction method of rubber componentsLIU Jian-xun ，HUANG You-jian ，LIU Bai-bin ，BU Ji-ling（Zhuzhou Times New Material Technology Co.，Ltd.，Zhuzhou 412007，China ）Abstract ：Aiming at the fatigue damage problem of a conical rubber component ，a prediction method on fatigue life is provided on the base of ABAQUS+FE-SAFE Platform.The purpose of predicting the fatigue life of rubber component is realized by the fatigue simulation technology.The prediction method also provides a new concept for the fatigue evaluation of similar rubber components.Key words ：rubber component ；fatigue life ；ABAQUS+FE-SAFE Platform电力机车与城轨车辆Electric Locomotives ＆Mass Transit Vehicles 第34卷第3期2011年5月20日Vol.34No.3M ay 20th ，2011研究开发◆◆0引言橡胶材料能承受大应变而不会发生永久性的变形和断裂，这使得它广泛地应用在轮胎、减振器、密封件、软管、皮带、结构轴承等领域，而这些产品主要应用于准静态和疲劳应变的环境下[1-2]，所以橡胶产品的疲劳寿命是检验产品质量是否合格的主要指标。

橡胶隔振元件频率疲劳的寿命预测

橡胶隔振元件频率疲劳的寿命预测赵立杰;曲明【摘要】Fatigue tests for dumbbell-shaped cylindrical specimen (DCS) of rubber are conducted. The results of fatigue life at 1 Hz, 5 Hz and 11 Hz loading frequencies are given. The results show that the fatigue life increases initially and decreases later with the increasing of the loading frequency. Based on the test data, the life prediction models are established by taking the maximum LE strain as the damage parameter. The result shows that the precise of the fatigue life prediction can reach 0.9. The fatigue life prediction models for natural rubber components are helpful for establishing the fatigue life database of natural rubber materials.%以天然橡胶哑铃型试柱为研究对象，进行频率为1 Hz、5 Hz、11 Hz 的单轴拉伸试验，分析试验结果表明，随着频率的加大疲劳寿命呈现一种先上升后下降的趋势，并以最大主对数应变为损伤参量建立预测模型，结果表明预测精度均达到0.9以上。

所建立的预测模型可用于建立天然橡胶材料的疲劳数据库。

疲劳裂纹;扩展速率;门槛值;剩余寿命;测试系统精讲

研究内容及方法
⑵监测系统软件表面疲劳裂纹监测系统软件全部由C语言编程。系统特点如下： ①通过人机对话方式对采样参数进行设定，操作简便； ②数据采集采用实时时钟中断方式进行，采集过程中可对采样数据进行实时处理、实时显示采样数据、波形和图形，不影响数据采集的连续性；
研究内容及方法
③采样监视阶段，可对采样数据的漂移做进一步的调零处理，使采样精度大大提高； ④实现了对采样时间的累加与再现，为疲劳寿命预测提供了依据； ⑤根据设定报警限实时报警，以测得的裂纹值作为初始裂纹，按照损伤容限设计理论实时预测疲劳裂纹剩余寿命；
论文总结
(2)对影响疲劳裂纹扩展速率的因素进行分析，提出表面疲劳裂纹监测系统框图，说明在工程中应用的意义及特点。
论文总结
(3) 因为疲劳裂纹扩展而使机械零件和工程构件出现疲劳失效，因为没有即时的预防而造成的损失是非常大的，为了预防其破坏设备和构件的正常运行，就要对构件进行适时监控，用最有效的方法解决问题，所以对疲劳裂纹扩展规律研究是十分必要的。
， m J 1.84。列出拟合后得到的结果以及
da 1.40 (J )1.84 dN
研究内容及方法用最小二乘法拟合得到的压力容器业常用材料16 MnR的 J 积分疲劳裂纹扩展公式为：
da 1.40 (J )1.84 dN
16MnR的 ln( da / dN ) ln( J ) 拟和曲线
研究内容及方法
若理论门槛值 K thT与实用门槛值 K thO 相差很小，用后者替代前者当然可行。但有试验发现，当 K K thO 时，仍能观测到 K thT 裂纹的明显扩展。对于有的材料，与 K thO 之间的差别是明显的。在这样的场合，将材料的实用门槛值代替理论门槛值用于结构的损伤容限设计，无疑将冒风险。因此，找到一种较为可靠的确定理论门槛值的方法就显得很有意义。

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关键词：橡胶球铰；裂纹扩展；撕裂能；疲劳寿命
中图分类号：ＴＱ３３２；Ｕ４６７．４＋９７
文献标志码：Ａ
文章编号：１６７３ — ９８３３（２０１３）０２ — ００４８ — ０６
ＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆＦａｔｉｇｕｅＣｒａｃｋＧｒｏｗｔｈＬｉｆｅｆｏｒＲｕｂｂｅｒＢｕｓｈｉｎｇ
ＹａｎｇＲｏｎｇｈｕａ ’ ，ＤｉｎｇＺｈｉｐｉｎｇ，ＨｕａｎｇＹｏｕｊｉａｎ，ＢｕＪｉｌｉｎｇ，ＦａｎｇＪｉａｎｈｕｉ
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＺｈｕｚｈｏｕＨｕｎａｎ４１２００７，Ｃｈｉｎａ；２．ＺｈｕｚｈｏｕＴｉｍｅＮｅｗＭａｔｅｒｉａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＺｈｕｚｈｏｕＨｕｎａｎ，４１２００７，Ｃｈｉｎａ）
橡胶球铰疲劳裂纹扩展寿命预测
杨荣华，丁智平，黄友剑，ｌ、继玲，方建辉
（１．湖南ｆ业大学机械Ｔ程学院，湖南株洲４１２００７；２．株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲４１２００７）
摘要：通过橡胶纯剪试样疲劳裂纹扩展试验，得出了裂纹扩展速率与撕裂能之间的关系；以单位撕裂
ｂｕｓｈｉｎｇｕｎｄｅｒｆａｔｉｇｕｅｌｏａｄｉｎｇｓ．Ｐｒｅｄｉｃｔｅｄｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｃｒａｃｋｇｒｏｗｔｈｌｉｆｅｏｆｕｂｒｂｅｒｂｕｓｈｉｎｇａｎｄｖｅｒｉｉｅｆｄｔｈｒｏｕｇｈｆａｔｉｇｕｅｂｅｎｃｈｔｅｓｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｈａｔｔｔｈｅｒｅｉｓｎｏｆａｉｌｕｒｅａｎｄｄａｍａｇｅｏｃｃｕｒｒｉｎｇｔｏｔｈｅｕｂｒｂｅｒｂｕｓｈｉｎｇａｆｔｅｒ２ｍｉｌｌｉｏｎｃｙｃｌｅｓｏｆｆａｔｉｇｕｅｔｅｓｔ，ａｎｄｉｔｉｓｃｏｉｎｃｉｄｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｅｄｖａｌｕｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｕｂｂｅｒｂｕｓｈｉｎｇ；ｃｒａｃｋｇｒｏｗｔｈ；ｅｎｅｒｇｙｒｅｌｅａｓｅｒａｔｅ；ｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅ
ｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｃｒａｃｋｇｒｏｗｔｈｒａｔｅａｎｄｔｈｅｓｔｒａｉｎｅｎｅｒｇｙｒｅｌｅａｓｅｒａｔｅ，ａｎｄｗｉｔｈｅｎｅｒｇｙｒｅｌｅａｓｅｒａｔｅｒａｎｇｅａｓｄａｍａｇｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｂｕｉｌｔａｆａｔｉｇｕｅｃｒａｃｋｇｒｏｗｔｈｌｉｆｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｕｂｒｂｅｒｕｎｄｅｒｍｕｌｔｉａｘｉａｌｓｔｒｅｓｓｓｔａｔｅ．ＢａｓｅｄｏｎｈｅｔｉｎｆｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓＴｈｒｏｕｇｈｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｃｒａｃｋｇｒｏｗｔｈｔｅｓｔｓｏｆｐｕｒｅｓｈｅａｒｒｕｂｂｅｒｓｐｅｃｉｍｅｎｓ，ｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎ
第２７卷第２期
２０１３年３月
湖
南
Ｔ
业
大
学
学
报
Ｖ０１．２７Ｎｏ－２
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｍａｒ．２０１３
ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１６７３ — ９８３３．２０１３．０２．０１１
ｓｏｆｔｗａｒｅＡＢＡＱＵＳａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｔｒｅｓｓｍｅｔｈｏｄ，ｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｅｅｎｅｒｇｙｒｅｌｅａｓｅｒａｔｅｒａｎｇｅｏｆｒｕｂｂｅｒ
能范围为损伤参量，建立了复杂应力状态下的橡胶疲劳裂纹扩展寿命预测模型。基于ＡＢＡＱＵＳ有限元结构分析和橡胶材料等效应力计算方法，得出橡胶球铰在疲劳载荷下的单位撕裂能范围；对橡胶球铰的疲劳裂纹扩展寿命进行分析预测，并通过产品台架疲劳实验进行验证，结果表明橡胶球铰经过２００万次疲劳试验后无明显裂纹，没有发现失效破坏，与寿命预测值基本吻合。