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第1章 绪论1

1.1 目标1

1.2 橡胶的发明1

1.2.1 首次硫化2

1.2.2 早期橡胶制品的生产2

1.2.3 补强作用的发现2

1.2.4 橡胶的生产2

1.3 橡胶分子3

1.4 合成橡胶3

1.4.1 固化与交联4

1.4.2 填料与补强5

1.4.3 硫化促进剂5

1.4.4 其他添加剂5

1.5 几种弹性体的主要应用5

参考书目7

第2章 橡胶应力-应变特性8

2.1 橡胶性能带来的挑战8

2.2 应力-应变行为的特点8

2.2.1 低模量、高拉断伸长率和非线性8

2.2.2 迟滞作用9

2.2.3 应力松弛10

2.2.4 蠕变作用11

2.2.5 马林斯效应11

2.2.6 补强12

2.2.7 循环频率和应变率12

2.2.8 温度14

2.2.9 浸入效果14

2.2.10 应变结晶14

2.2.11 永久变形15

2.2.12 恢复16

参考书目16

第3章 弹性体应力-应变关系理论17

3.1 引言17

3.2 弹性体的内部结构18

3.3 假设与前提条件18

3.3.1 线圈弹簧类比18

3.3.2 链段和末端20

3.3.3 链段长度和链段末端距离的统计分布21

3.3.4 范德华键22

3.3.5 颗粒旋转引起的补强效果25

3.3.6 缠结的迁移28

3.3.7 温度引起的链段振动29

3.3.8 变形中键的破坏和重新形成29

3.3.9 平行性诱导结晶29

3.4 弹性体的行为30

3.4.1 非线性应力-应变曲线30

3.4.2 马林斯效应31

3.4.3 低弹性模量和高拉断伸长率33

3.4.4 迟滞34

3.4.5 填料补强的硬化34

3.4.6 应变率的硬化34

3.4.7 温度响应34

3.4.8 应力松弛和周期性应力松弛35

3.4.9 蠕变和周期条件下的蠕变35

3.4.10 永久变形35

3.4.11 恢复35

3.4.12 应变结晶36

致谢36

参考文献36

第4章 应力-应变测试38

4.1 引言38

4.2 拉伸测试38

4.2.1 试样38

4.2.2 哑铃型试样测试39

4.2.3 平面应力试样测试43

4.2.4 环形试样测试45

4.3 剪切测试46

4.3.1 应力-应变状态46

4.3.2 试样46

4.4 双轴应变测试49

4.4.1 鼓泡测试49

4.4.2 十字交叉试样55

4.5 压缩测试56

4.6 小结57

参考文献58

第5章 设计方程59

5.1 引言59

5.1.1 设计方程的使用59

5.1.2 弹性常数59

5.2 各种几何形状的设计方程60

5.2.1 橡胶层的剪切60

5.2.2 弹性体层的扭转62

5.2.3 衬套63

5.2.4 弹性体层的压缩65

5.2.5 长条的压缩69

5.2.6 实心橡胶滚柱70

5.2.7 空心橡胶滚筒71

5.2.8 橡胶球的压缩71

5.2.9 实心橡胶轮胎的压缩72

5.2.10 圆形截面实心橡胶环的压缩73

5.2.11 矩形截面实心橡胶环的压缩73

5.2.12 平头圆柱压头74

5.2.13 球形压头74

5.2.14 圆锥压头74

5.2.15 长窄平头压头75

5.2.16 通过圆孔凸起75

5.2.17 通过长窄缝隙的凸起76

5.3 小结76

参考文献76

第6章 球面弹性轴承的计算方法77

6.1 引言77

6.2 球面弹性轴承的历史77

6.3 轴承的数学描述78

6.3.1 轴承整体参数78

6.3.2 特定层的参数79

6.3.3 力矩81

6.4 角度偏转条件下某层的剪切应变82

6.5 轴向载荷85

6.5.1 轴向力下弹性体层的压缩86

6.5.2 膨胀剪切应变88

6.5.3 计算小结89

6.6 扭转载荷90

6.6.1 扭转条件下弹性体层的剪切应变90

6.6.2 计算步骤91

6.6.3 局限性91

参考文献91

第7章 有限元分析93

7.1 引言93

7.2 步骤93

7.2.1 对称性94

7.2.2 载荷及边界条件94

7.2.3 单元选择及网格划分94

7.3 材料模型及本构方程95

7.3.1 简单本构方程96

7.3.2 高阶本构方程96

7.4 利用试验数据进行方程拟合97

7.5 承压条件下的O型密封圈98

7.6 橡胶护套100

7.7 小结100

致谢101

参考文献101

第8章 疲劳测试102

8.1 引言102

8.2 影响应变-寿命曲线的参量102

8.2.1 需要说明的参量102

8.2.2 选择应变幅值103

8.3 失效准则103

8.4 R比104

8.5 组合应变状态105

8.6 波形105

8.7 蠕变及应力松弛106

8.8 频率及应变率107

8.9 温度的影响107

8.10 置于液体之中109

8.11 恢复109

8.12 预变形109

8.13 批次间的变化110

8.14 贮存110

致谢110

参考文献110

第9章 应变-寿命曲线的拟合111

9.1 引言111

9.2 建立N与εa、R及T的方程111

9.3 考虑Nagel温度方程的应变-寿命曲线114

9.4 使用经验温度公式的应变-寿命曲线114

致谢116

参考文献116

第10章 疲劳寿命估计117

10.1 引言117

10.2 单一波形ε-N方法117

10.3 Miner数117

10.4 确定性的疲劳谱118

10.5 计算Miner数的示例118

10.6 白噪声120

第11章 疲劳裂纹扩展及撕裂能123

11.1 引言123

11.2 Griffith应变能释放率123

11.2.1 Griffith准则123

11.2.2 推导123

11.2.3 Griffith断裂条件125

11.2.4 关键假定126

11.3 Rivlin、Thomas及撕裂能126

11.3.1 Griffith准则针对金属断裂的修正126

11.3.2 应用于橡胶材料126

11.3.3 关键假定说明128

11.4 计算T的便捷公式128

11.5 将撕裂能应用于疲劳裂纹扩展130

11.5.1 疲劳的探索研究130

11.5.2 撕裂能定义的修改130

11.6 局限性131

11.6.1 疲劳裂纹扩展参量131

11.6.2 利用T或者εa来表示失效循环次数？133

11.7 小结与结论135

致谢135

参考文献135

附录Ⅰ 橡胶专业术语137

附录Ⅱ 疲劳专业术语144

附录Ⅲ 英制与公制转换152

附录Ⅳ 应变-寿命曲线拟合154

附录Ⅴ 撕裂能公式推导164

附录Ⅵ 球面弹性轴承公式推导169