高频振动场下橡胶复合材料的填料-动态生热-阻尼相关性研究

课题采用试验、自洽场理论及数值分析的方法，在有限变形、高频循环载荷下研究硫化橡胶填料、生热响应与阻尼行为的相关性。基于热力学框架和流变理论，建立硫化橡胶生热与粘弹滞后耦合模型，分析生热条件下阻尼行为的演化。主要内容是：1.采用自洽场理论研究纳米填料形状和尺寸效应对硫化橡胶静态和动态滞后性能影响。2.在多级高频振动水平和绝热条件下，进行硫化橡胶的应变控制拉压循环试验，研究硫化橡胶的热生成。3.实验研究生热对滞后环的影响。4.在改进的Christensen模型基础上，通过试验考虑温度对材料常数和材料函数的重要影响，进一步改进理论模型，进行数值分析与试验比较。4.通过橡胶阻尼元件试验和数值模拟讨论生热对硫化橡胶阻尼构件阻尼特性以及失效的影响。本项目以高频振动下橡胶阻尼构件应用为背景，是关于橡胶类材料热、粘弹性问题的应用基础研究，有重要应用前景和潜在的经济价值。

橡胶纳米填充阻尼材料广泛应用于铁路、汽车、飞机等等许多重要民用和军事领域的结构减震。高分子阻尼材料的减震降噪功能主要取决于材料与结构的阻尼和相关温域的影响。因此，高频振动下橡胶阻尼材料的动态生热与阻尼的相关性是需要深入研究的课题。. 影响橡胶类材料阻尼的决定性因素是橡胶基体材料、填料和使用温度，三者之间具有密切的相关性。在橡胶基体材料一定的情况下，填料的尺寸效应和形状效应、表面化学形态与材料动态滞后、生热的关系是影响阻尼性能的关键。课题分别对碳纳米管、石墨、石墨烯、碳酸钙、二氧化硅等纳米材料填充橡胶的Mullins效应、Payne效应以及动态温升、耐温、阻燃特性进行了系统研究，获得了较多有价值的研究结果。.课题研究了纳米填料填充橡胶的耐热与与阻燃性能，分析与研究了纳米填充粒子粒径与表面形态对橡胶复合材料耐热与阻燃性能的影响。. 橡胶是率（或频率）敏感的粘弹性材料，在循环加载下，填料的内摩擦和材料的粘滞效应导致温度升高、力学性能下降，阻尼性能受到影响。橡胶材料阻尼越大则其能量耗散越大，滞后生热越大；同时橡胶也是热敏感的热弹性材料和热不良导体，因而热-力是耦合的。在高振动频率、大变形和长期交变荷载作用和不良散热等情况下，必须考虑热力完全耦合问题，才能正确描述高频循环加载下的橡胶的阻尼行为。在改进的Christensen 模型基础上，进行数值分析与试验比较，获得较好的一致性。. 在不同高频场下，进行了硫化橡胶复合材料的阻尼行为的实验研究，获得一系列重要的结果。