第1章 绪论 1
1.1 目标 1
1.2 橡胶的发明 1
1.2.1 首次硫化 2
1.2.2 早期橡胶制品的生产 2
1.2.3 补强作用的发现 2
1.2.4 橡胶的生产 2
1.3 橡胶分子 3
1.4 合成橡胶 3
1.4.1 固化与交联 4
1.4.2 填料与补强 5
1.4.3 硫化促进剂 5
1.4.4 其他添加剂 5
1.5 几种弹性体的主要应用 5
参考书目 7
第2章 橡胶应力-应变特性 8
2.1 橡胶性能带来的挑战 8
2.2 应力-应变行为的特点 8
2.2.1 低模量、高拉断伸长率和非线性 8
2.2.2 迟滞作用 9
2.2.3 应力松弛 10
2.2.4 蠕变作用 11
2.2.5 马林斯效应 11
2.2.6 补强 12
2.2.7 循环频率和应变率 12
2.2.8 温度 14
2.2.9 浸入效果 14
2.2.10 应变结晶 14
2.2.11 永久变形 15
2.2.12 恢复 16
参考书目 16
第3章 弹性体应力-应变关系理论 17
3.1 引言 17
3.2 弹性体的内部结构 18
3.3 假设与前提条件 18
3.3.1 线圈弹簧类比 18
3.3.2 链段和末端 20
3.3.3 链段长度和链段末端距离的统计分布 21
3.3.4 范德华键 22
3.3.5 颗粒旋转引起的补强效果 25
3.3.6 缠结的迁移 28
3.3.7 温度引起的链段振动 29
3.3.8 变形中键的破坏和重新形成 29
3.3.9 平行性诱导结晶 29
3.4 弹性体的行为 30
3.4.1 非线性应力-应变曲线 30
3.4.2 马林斯效应 31
3.4.3 低弹性模量和高拉断伸长率 33
3.4.4 迟滞 34
3.4.5 填料补强的硬化 34
3.4.6 应变率的硬化 34
3.4.7 温度响应 34
3.4.8 应力松弛和周期性应力松弛 35
3.4.9 蠕变和周期条件下的蠕变 35
3.4.10 永久变形 35
3.4.11 恢复 35
3.4.12 应变结晶 36
致谢 36
参考文献 36
第4章 应力-应变测试 38
4.1 引言 38
4.2 拉伸测试 38
4.2.1 试样 38
4.2.2 哑铃型试样测试 39
4.2.3 平面应力试样测试 43
4.2.4 环形试样测试 45
4.3 剪切测试 46
4.3.1 应力-应变状态 46
4.3.2 试样 46
4.4 双轴应变测试 49
4.4.1 鼓泡测试 49
4.4.2 十字交叉试样 55
4.5 压缩测试 56
4.6 小结 57
参考文献 58
第5章 设计方程 59
5.1 引言 59
5.1.1 设计方程的使用 59
5.1.2 弹性常数 59
5.2 各种几何形状的设计方程 60
5.2.1 橡胶层的剪切 60
5.2.2 弹性体层的扭转 62
5.2.3 衬套 63
5.2.4 弹性体层的压缩 65
5.2.5 长条的压缩 69
5.2.6 实心橡胶滚柱 70
5.2.7 空心橡胶滚筒 71
5.2.8 橡胶球的压缩 71
5.2.9 实心橡胶轮胎的压缩 72
5.2.10 圆形截面实心橡胶环的压缩 73
5.2.11 矩形截面实心橡胶环的压缩 73
5.2.12 平头圆柱压头 74
5.2.13 球形压头 74
5.2.14 圆锥压头 74
5.2.15 长窄平头压头 75
5.2.16 通过圆孔凸起 75
5.2.17 通过长窄缝隙的凸起 76
5.3 小结 76
参考文献 76
第6章 球面弹性轴承的计算方法 77
6.1 引言 77
6.2 球面弹性轴承的历史 77
6.3 轴承的数学描述 78
6.3.1 轴承整体参数 78
6.3.2 特定层的参数 79
6.3.3 力矩 81
6.4 角度偏转条件下某层的剪切应变 82
6.5 轴向载荷 85
6.5.1 轴向力下弹性体层的压缩 86
6.5.2 膨胀剪切应变 88
6.5.3 计算小结 89
6.6 扭转载荷 90
6.6.1 扭转条件下弹性体层的剪切应变 90
6.6.2 计算步骤 91
6.6.3 局限性 91
参考文献 91
第7章 有限元分析 93
7.1 引言 93
7.2 步骤 93
7.2.1 对称性 94
7.2.2 载荷及边界条件 94
7.2.3 单元选择及网格划分 94
7.3 材料模型及本构方程 95
7.3.1 简单本构方程 96
7.3.2 高阶本构方程 96
7.4 利用试验数据进行方程拟合 97
7.5 承压条件下的O型密封圈 98
7.6 橡胶护套 100
7.7 小结 100
致谢 101
参考文献 101
第8章 疲劳测试 102
8.1 引言 102
8.2 影响应变-寿命曲线的参量 102
8.2.1 需要说明的参量 102
8.2.2 选择应变幅值 103
8.3 失效准则 103
8.4 R比 104
8.5 组合应变状态 105
8.6 波形 105
8.7 蠕变及应力松弛 106
8.8 频率及应变率 107
8.9 温度的影响 107
8.10 置于液体之中 109
8.11 恢复 109
8.12 预变形 109
8.13 批次间的变化 110
8.14 贮存 110
致谢 110
参考文献 110
第9章 应变-寿命曲线的拟合 111
9.1 引言 111
9.2 建立N与εa、R及T的方程 111
9.3 考虑Nagel温度方程的应变-寿命曲线 114
9.4 使用经验温度公式的应变-寿命曲线 114
致谢 116
参考文献 116
第10章 疲劳寿命估计 117
10.1 引言 117
10.2 单一波形ε-N方法 117
10.3 Miner数 117
10.4 确定性的疲劳谱 118
10.5 计算Miner数的示例 118
10.6 白噪声 120
第11章 疲劳裂纹扩展及撕裂能 123
11.1 引言 123
11.2 Griffith应变能释放率 123
11.2.1 Griffith准则 123
11.2.2 推导 123
11.2.3 Griffith断裂条件 125
11.2.4 关键假定 126
11.3 Rivlin、Thomas及撕裂能 126
11.3.1 Griffith准则针对金属断裂的修正 126
11.3.2 应用于橡胶材料 126
11.3.3 关键假定说明 128
11.4 计算T的便捷公式 128
11.5 将撕裂能应用于疲劳裂纹扩展 130
11.5.1 疲劳的探索研究 130
11.5.2 撕裂能定义的修改 130
11.6 局限性 131
11.6.1 疲劳裂纹扩展参量 131
11.6.2 利用T或者εa来表示失效循环次数？ 133
11.7 小结与结论 135
致谢 135
参考文献 135
附录Ⅰ 橡胶专业术语 137
附录Ⅱ 疲劳专业术语 144
附录Ⅲ 英制与公制转换 152
附录Ⅳ 应变-寿命曲线拟合 154
附录Ⅴ 撕裂能公式推导 164
附录Ⅵ 球面弹性轴承公式推导 169