氧化铈填充硫化天然橡胶棘轮行为和疲劳性能的研究
摘要
橡胶材料能够承受非常大的应变但不会产生永久变形或者破坏，它的弹性、柔软性、耐磨性、绝缘性和阻隔性都十分优良，这使得它在许多场合都有很好的应用。大多数橡胶材料在应用于制品时，必须经过化学或者物理改性以满足现代工程所需要的耐磨性、强度、塑性、抗老化等各种性能。国内外很多研究表明,稀土填充到橡胶之后，橡胶材料在使用性能和工艺方面都得到了一定的改善。因此通过试验研究氧化铈填充硫化天然橡胶的力学性能尤其是疲劳特性， 对内蒙古稀土资源的高附加值的利用以及把内蒙古的资源优势转变为经济优势具有重要的意义。
本文研究了氧化铈填充硫化天然橡胶的单轴棘轮行为以及疲劳性能，主要包括以下几方面的内容：
在常温下对氧化铈填充硫化天然橡胶进行了一系列单轴棘轮试验，研究了氧化铈填充硫化天然橡胶单轴棘轮效应的众多影响因素。试验数据表明：在循环非对称载荷作用下，氧化铈填充硫化天然橡胶表现出明显的棘轮效应，并且，应力幅值、平均应力值、应力加载历史、应力加载率以及应力加载率历史对氧化铈填充硫化天然橡胶棘轮行为都有着重要影响。
介绍了几种描述材料棘轮应变演化规律的一般模型，并根据氧化铈填充硫化天然橡胶单轴棘轮试验数据，对上述几种棘轮本构模型和棘轮应变预测模型进行了分析，提出了一个符合橡胶材料棘轮应变演化规律的本构模型。
对氧化铈填充硫化天然橡胶进行了单轴循环特性试验，并研究了七种不同类型的氧化铈填充硫化天然橡胶的疲劳行为，通过对比相同应变幅值和不同应变幅值下七种橡胶材料的疲劳寿命来分析氧化铈填充类型和份数对硫化天然橡胶疲劳性能的影响。
关键词：硫化天然橡胶；氧化铈；棘轮行为；疲劳性能
文献综述
橡胶作为一种重要的高分子材料已经有较长的一段历史了，其具有其它材料不可替代的性能，如高弹性、良好的疲劳强度等，已逐渐成为了一种被广泛使用的重要材料[1]。橡胶材料能够承受非常大的应变但不会产生永久变形或者破坏，它的弹性、柔软性、耐磨性、绝缘性和阻隔性都十分优良，这使得它在许多场合都有很好的应用。例如，汽车轮胎、防震设施、胶带、胶管、密封垫片和一些结构类轴承等都广泛应用到了橡胶材料。
天然橡胶的基本性能包括热性能、弹性、强度和化学性质等。在加热后一般会发生缓慢软化现象，温度到达130-140℃时则会完全软化到熔融状态， 并且天然橡胶会随着温度的降低而硬度增大。当温度小于 0℃时，弹性则会大大降低；继续冷却到-70℃，则会变成脆性物质， 天然橡胶一般在 130-150℃温度下能与硫磺发生反应， 并且经过一定的反应时间后其内部结构就会由线型转换为网状，即成为硫化天然橡胶橡胶。 还有耐腐蚀性能、 比重小、硬度低、气密性好、柔软性能好、 电阻性能良好等其他的一些性能 。
材料的棘轮效应是指材料或结构在循环非对称应力加载下材料的循环应变的累积过程。
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