Page 12 - 《摩擦学学报》2021年第3期

第 3 期 陈祺鑫, 等: 大环径比O形金属橡胶密封件的疲劳力学特性及试验研究 301

件承载能力发生较大的变化. 损伤因子 D越小，这是因为试验样件所受的振动幅值
选取上述振幅组中试验样件经过5万次和20万次 越大、经历的振动周期越长，样件的金属橡胶弹性内
下振动周期后的性能参数进行对比，如图14所示. 从 芯中的金属丝越容易磨损、断裂，导致样件绝对耗能
图14中可得，相同孔隙度的试验样件在两种不同的振 能力减小. 而从图14(b)可得，振动幅值从0.1 mm增加
动幅值进行疲劳试验，其疲劳参数数值呈现出相同的 到0.2 mm时，试验样件的损耗因子 η减小，振幅从0.2 mm
变化趋势，即随着振动幅值的增加，试验样件的3个疲 增加到0.3 mm时，试验样件的损耗因子基本不变，这
劳性能参数都出现不同程度的减小. 从图14(a)、(c)可 是由于样件中存在金属橡胶弹性内芯，在较小的振幅
得，耗能 ∆W和损伤因子 均随着振动幅值的增加而 下，试验样件变形范围较小，试验样件的耗能主要由
D
不断减小，并且振动周期越大，试验样件的耗能 ∆W和 金属橡胶弹性内芯承担，此时样件的可塑性和回弹性

2 0 2
500 500
0 5×10 4 5×10 4 0
−2 10×10 4 4 −5 10×10 4 4 −2
Resilience/kN −6 20×10 4 Offset direction Resilience/kN −10 20×10 4 Resilience/kN −4 Offset direction
15×10
15×10
−4
−6
−15
−8
−8
−10
−12 −20 Offset direction −10 500 4 15×10 4 4
5×10
20×10
−14 −25 −12 10×10 4
24.65 24.75 24.85 24.95 29.35 29.45 29.55 29.65 29.75 −14 30.2 30.4 30.6 30.8
Displacement/mm Displacement/mm Displacement/mm
(a) Amplitude=0.1 mm (b) Amplitude=0.2 mm (c) Amplitude=0.3 mm

Fig. 12 Fatigue hysteresis loops of the same porosity test sample under different amplitudes
图 12 同一孔隙度试验样件在不同振幅下的疲劳迟滞回线
F 1
F 2
F 3

′
F 1 ′
F 2
′
F 3

F 1 F 1 F 1

(a) Amplitude=0.1 mm (b) Amplitude=0.2 mm (c) Amplitude=0.3 mm

Fig. 13 Stress unit diagram of O-shaped metal rubber seal
图 13 O形金属橡胶密封件受力单元简图

1.1 1.1 55
5×10 4 5×10 4 5×10 4
1.0 20×10 4 1.0 20×10 4 50 20×10 4
Energy/(kN·mm) 0.8 Loss factor, τ, η 0.8 Damage factor, D 40
45
0.9
0.9
35
0.7
0.7
30
0.6
20
0.5 0.6 25
0.5
(a) (b) 15 (c)
0.4 0.4
10
0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
Amplitude Amplitude Amplitude

Fig. 14 Influence of different amplitude on fatigue (porosity：69.7%)
图 14 不同振幅对试验样件疲劳影响(孔隙度：69.7%)