微孔聚氨酯彈性材料力學性能研究及應(yīng)用.pdf

1、隨著高速列車的迅猛發(fā)展，特別是高鐵、地鐵以及城際交通的發(fā)展，有砟軌道面臨的臨界速度，橋上穩(wěn)定性，道砟飛濺和平順性等問題難以解決，而無砟軌道因其優(yōu)良的綜合性能開始廣泛地應(yīng)用于高速鐵路、地鐵以及城際軌道交通建設(shè)中。在無砟軌道中，與之匹配的扣件系統(tǒng)不僅要起到固定軌道的作用，還須具備一定的減振/隔振功能，而扣件系統(tǒng)中的彈性墊板提供了減振/隔振所需要的彈性和阻尼。由于微孔聚氨酯彈性墊板具有更好的機械性能和加工性能，被廣泛用作無砟軌道WJ-8等扣件

2、的彈性墊板，替代原有的橡膠墊板作為無砟軌道的主要減振部件，起到緩沖列車載荷的沖擊的作用。然而在工程應(yīng)用中，國內(nèi)對微孔聚氨酯粘彈性材料力學特性的相關(guān)研究還不多見，由于其動力學粘彈性能方面的研究對材料的工程應(yīng)用中尤為重要，因此有必要對其力學性能進行全面的描述。
　　本課題以微孔聚氨酯彈性墊板為研究對象，通過準靜態(tài)實驗和DMTA（Dynamic Mechanical Thermal Analyse）動態(tài)力學熱分析實驗，研究探討微孔聚氨酯

3、彈性材料的超彈性能及粘彈性能。本文工作的主要內(nèi)容如下：
　　首先，概述了微孔聚氨酯材料在軌道交通、汽車工業(yè)、工程機械等工程領(lǐng)域中的應(yīng)用背景以及國內(nèi)外對微孔聚氨酯彈性材料靜動態(tài)力學特性的研究現(xiàn)狀。
　　其次，引用超彈性材料的本構(gòu)模型表征微孔聚氨酯彈性材料的非線性靜態(tài)力學性能。為研究現(xiàn)有超彈材料本構(gòu)模型對微孔聚氨酯彈性材料適用性，進行了微孔聚氨酯彈性材料的拉伸、壓縮和純剪切力學實驗，獲得了不同應(yīng)變條件下的應(yīng)力應(yīng)變實驗數(shù)據(jù)，并根據(jù)

4、等效原理將壓縮實驗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為等雙軸實驗數(shù)據(jù)。利用獲得的微孔聚氨酯彈性材料實驗數(shù)據(jù)對現(xiàn)有經(jīng)典超彈材料本構(gòu)模型進行擬合，得到了相應(yīng)的本構(gòu)模型參數(shù)，并通過誤差分析對超彈材料本構(gòu)模型的適用性進行了分析評估。
　　第三，對微孔聚氨酯彈性材料進行動態(tài)力學性能實驗研究。本文應(yīng)用 DMTA實驗方法研究微孔聚氨酯彈性材料的儲能模量和損耗因子與溫度、頻率以及振幅之間的關(guān)系，探討不同的影響因素對于微孔聚氨酯彈性材料動態(tài)力學性能的影響規(guī)律。通過對現(xiàn)有粘彈

5、性本構(gòu)模型的討論，采用不同階數(shù)的廣義Maxwell本構(gòu)模型對材料的粘彈性實驗數(shù)據(jù)進行擬合，獲得相應(yīng)的本構(gòu)模型參數(shù)，并通過誤差分析確定較為精確的模型階數(shù)。
　　然后，利用超彈性和粘彈性力學實驗數(shù)據(jù)擬合確定的相應(yīng)本構(gòu)模型參數(shù)值，對WJ-8扣件用微孔聚氨酯彈性墊板進行有限元仿真，并對其進行了動、靜態(tài)產(chǎn)品臺架實驗。通過實驗結(jié)果與仿真結(jié)果對比以及誤差分析表明，超彈本構(gòu)模型的仿真精度從低到高依次為Yeoh模型、M-R模型和Ogden三階模型，