《簾線增強橡膠複合材料的界面力學特性研究》是依託哈爾濱工業大學，由謝志民擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：簾線增強橡膠複合材料的界面力學特性研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：謝志民
- 批准號：10972068
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
簾線增強橡膠複合材料廣泛套用於輪胎及各種緩衝結構中，它的界面性能極大地影響橡膠複合材料製品的使用性和耐久性，開展界面性能研究對於改善和提高產品質量具有重要意義。簾線增強橡膠材料不同於傳統的樹脂基複合材料，橡膠基體具有幾乎不可壓縮性和大變形非線性特性，而簾線又具有拉扭耦合特徵，這使得其中的界面力學問題變得非常複雜。本申請擬以單向簾線增強橡膠材料為對象，通過對界面細觀結構的表征和分析，建立界面結構的桁架結構分析模型，根據連續介質力學有限變形理論建立非線性邊值問題。採用節點平均化的方法描述桁架結構與周圍介質的接觸，數值計算確定應力、應變場和位移場。基於多尺度均勻化方法，確定材料等效彈性性能，並與試驗結果相互驗證。通過簾線增強橡膠材料界面參數、簾線結構特徵等因素與巨觀力學特性的關聯研究，揭示界面細觀結構對柔性複合材料性能影響規律，建立界面參數的最佳化準則，為界面設計與新材料開發提供理論依據。
結題摘要
簾線增強橡膠複合材料廣泛套用於輪胎及各種緩衝結構中，更好地了解界面性能並進行界面最佳化設計對改善製品性能具有重要意義。根據非理想界麵條件，利用Kolosov常數，獲得了橫觀各向同性材料中滿足中性條件的界面參數。如果界面性能是按照一般不考慮熱殘餘應力設計，當熱殘餘應力存在時，那么增強相就不再是中性的。研究表明可以通過控制熱殘餘應力來設計界面參數使增強相保持中性。在最近提出的等剛度桿結構界面研究基礎上本研究發展了一種非等剛度桿構成的桁架結構界面模型。根據中性夾雜的概念，採用節點平均化的方法研究了界面剛度方法。研究表明，在等雙軸拉伸特殊載荷條件下所有桿是等剛度的。對於簾線增強橡膠材料，等效桿的剛度只與橡膠材料模量相關，而與簾線無關。與等剛度桿結構界面相比，非等剛度桿構成的桁架結構界面模型更適於表征多組分材料界面，而且更易於用於界面性能設計。建立了簾線增強橡膠材料三維非線性有限元分析模型，分析了簾線結構對界面及複合材料性能的影響規律。利用簾線H-拔出、掃描電鏡(SEM)分析和表面光電子能譜(XPS)分析等試驗方法對簾線增強橡膠材料界面特性進行了表征研究。結果表明，載入速率對簾線在橡膠基體中滑移特徵有較明顯影響。結合XPS分析說明了尼龍簾線經過偶聯劑處理後可顯著提高界面粘接強度。本項研究豐富了橡膠複合材料界面性能研究。
