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橡胶双轴拉伸试验机的研制与试验研究

刘晓明 杨晓翔 周华森

刘晓明, 杨晓翔, 周华森. 橡胶双轴拉伸试验机的研制与试验研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(4): 587-593. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180195
引用本文: 刘晓明, 杨晓翔, 周华森. 橡胶双轴拉伸试验机的研制与试验研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(4): 587-593. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180195
Liu Xiaoming, Yang Xiaoxiang, Zhou Huasen. Development and Experiments of Biaxial Tensile Testing Machine for Rubber Materials[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(4): 587-593. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180195
Citation: Liu Xiaoming, Yang Xiaoxiang, Zhou Huasen. Development and Experiments of Biaxial Tensile Testing Machine for Rubber Materials[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(4): 587-593. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180195

橡胶双轴拉伸试验机的研制与试验研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180195
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11372074

详细信息
    作者简介:

    刘晓明(1983-), 实验师, 硕士研究生, 研究方向为计算力学、结构有限元分析, lilianlxm@126.com

    通讯作者:

    杨晓翔, 教授, 博士生导师, yangxx@fzu.edu.cn

  • 中图分类号: TH87

Development and Experiments of Biaxial Tensile Testing Machine for Rubber Materials

  • 摘要: 基于国内外双轴拉伸试验机的研究现状与橡胶材料双轴拉伸试验的需求,自主研制了一台集成了高精度应变测量系统的橡胶双轴拉伸试验机。通过对试验机的总体设计进行分析,设计了双轴拉伸试验机的主机结构及试验机的测控系统,最后将试验机主机与测控系统进行集成调试,完成整个橡胶双轴拉伸试验机的研制工作。利用所开发的双轴拉伸试验机对哑铃状炭黑填充天然橡胶试件进行多次X向和Y向的单轴拉伸试验,将试验结果与万能试验机的结果进行对比,验证了试验机的两轴拉伸性能的一致性、重复性与准确性;对所设计的十字形橡胶试件进行了等双轴拉伸试验,通过对结果的分析证明了试验的准确性。
  • 图  1  橡胶双轴拉伸试验机的系统组成

    图  2  试验机主机结构三维示意图

    图  3  夹具结构示意图

    图  4  VIC-2D测量系统

    图  5  双轴拉伸试验机加载

    图  6  测控系统结构框图

    图  7  主机实物图

    图  8  哑铃状橡胶试件

    图  9  十字形橡胶试件

    图  10  人工制斑的橡胶试件

    图  11  散斑质量评估

    图  12  两种应变计算方法的对比

    图  13  NR1橡胶单轴拉伸试验曲线对比

    图  14  十字形试件等双轴拉伸试验

    图  15  NExxNEyy的分布云图

    图  16  横向路径的设置

    图  17  系数α沿路径AB的变化

    图  18  系数β沿路径AB的变化

    图  19  NR2橡胶等双轴拉伸试验曲线

    表  1  炭黑填充天然橡胶配方表(质量份)

    橡胶代号 NR1 NR2
    天然橡胶10#(STR) 100 100
    N220炭黑 45 30
    氧化锌 5 5
    硬脂酸 3 3
    防老剂4020 1 1
    硫磺 2.5 2.5
    促进剂NS 0.7 0.7
    合计 157.2 142.2
    炭黑质量分数 35.4% 23.6%
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  • [1] Czichos H, Saito T, Smith L. Springer handbook of materials measurement methods[M]. Berlin, Heidelberg:Springer, 2006
    [2] Pancheri F Q. Experimental and analytical aspects of biological and engineered materials subjected to planar biaxial loading[D]. Tufts: Tufts University, 2014: 1-17 https://search.proquest.com/docview/1507869216
    [3] Treloar L R G. Stress-strain data for vulcanised rubber under various types of deformation[J]. Transactions of the Faraday Society, 1944, 40:59-70 doi: 10.1039/tf9444000059
    [4] Obata Y, Kawabata S, Kawai H. Mechanical properties of natural rubber vulcanizates in finite deformation[J]. Journal of Polymer Science Part A-2:Polymer Physics, 1970, 8(6):903-919 doi: 10.1002/pol.1970.160080607
    [5] Steinmann P, Hossain M, Possart G. Hyperelastic models for rubber-like materials:consistent tangent operators and suitability for Treloar's data[J]. Archive of Applied Mechanics, 2012, 82(9):1183-1217 doi: 10.1007/s00419-012-0610-z
    [6] Hannon A, Tiernan P. A review of planar biaxial tensile test systems for sheet metal[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2008, 198(1-3):1-13 doi: 10.1016/j.jmatprotec.2007.10.015
    [7] Le Bourhis E, Girault B, Renault P O, et al. Development of a biaxial tensile module at synchrotron beamline for the study of mechanical properties of nanostructured films[C]//Materials Research Society Symposium Proceedings. Cambridge: Cambridge University Press, 2009: 1224
    [8] 吴海民, 束一鸣, 曹明杰, 等.土工合成材料双向拉伸多功能试验机的研制及初步应用[J].岩土工程学报, 2014, 36(1):170-175 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/ytgcxb201401017

    Wu H M, Shu Y M, Cao M J, et al. Development and application of multi-functional biaxial tensile testing machine for geosynthetics[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2014, 36(1):170-175 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/ytgcxb201401017
    [9] 李荣锋.双向拉伸试验技术最新进展[J].工程与试验, 2011, (S1):1-2, 38 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/syjsysyj2011z1001

    Li R F. Development of biaxial tensile testing technology[J]. Engineering & Test, 2011, (S1):1-2, 38 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/syjsysyj2011z1001
    [10] Hariharaputhiran H, Saravanan U. A new set of biaxial and uniaxial experiments on vulcanized rubber and attempts at modeling it using classical hyperelastic models[J]. Mechanics of Materials, 2016, 92:211-222 doi: 10.1016/j.mechmat.2015.09.003
    [11] Niiyama A, Koshiba M, Tsuji Y. Testing elastomers for finite element analysis[J]. Electronics & Communications in Japan, 1995, 78(6):74-82
    [12] Seibert H, Scheffer T, Diebels S. Biaxial testing of elastomers-experimental setup, measurement and experimental optimisation of specimen's shape[J]. Technische Mechanik, 2014, 34(2):72-89
    [13] Mansouri M R, Darijani H, Baghani M. On the correlation of FEM and experiments for Hyperelastic elastomers[J]. Experimental Mechanics, 2017, 57(2):195-206 doi: 10.1007/s11340-016-0236-0
    [14] Fujikawa M, Maeda N, Yamabe J, et al. Determining stress-strain in rubber with in-plane biaxial tensile tester[J]. Experimental Mechanics, 2014, 54(9):1639-1649 doi: 10.1007/s11340-014-9942-7
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  • 收稿日期:  2018-05-23
  • 刊出日期:  2019-04-05

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