Page 6 - 《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 295

D
(b)
Stainless steel
Metal rubber (c)

d
(a)

Metal rubber sealing ring Seal ring section
Fig. 3 O-shape metal rubber seal with large ring

Fig. 1 Semi wrapped metal rubber seal diameter ratio
图 1 半包裹金属橡胶密封件 图 3 大环径比O形金属橡胶密封件

θ=0°~180° F
304
NiTi, et al

Wire Spiral Blank Bending % W
selection wire winding Pressing cladding
(a) (b) (c) (d) (e) O x
ΔW

Fig. 2 Flow chart of metal rubber seal preparation Fig. 4 Hysteresis characteristic diagram of metal rubber
图 2 金属橡胶密封件制备流程图 图 4 金属橡胶迟滞特性图

到金属橡胶内芯成品. 另一个制备工艺是不锈钢包 实测迟滞环面积 ∆W为
覆，在本论文中，将开槽的钢管放置在特制的折弯模 ∫ ∫
∆W = Fdx = Fd[X 0 cos(wt +α)] =
具中进行折弯、整圆工艺处理. 由于毛细钢管材质较
硬难以折弯，因此折弯时使用便携式高温火焰喷枪， 2π N ∑ ( 2πi )
− X 0 F i sin +α (1)
喷枪内所含气体为丁烷，最高温度达1 000 ℃，可以满 N i=1 N
足本次试验要求. 最终获得本论文的大环径比O形金
其中： α为初相位， X 0 为位移幅值， N = f 0 ， f 0 和 分别
f
属橡胶密封件，如图3所示. f

为采样频率和加载频率.
2 金属橡胶密封件疲劳试验判定指标
材料中所存最大弹性势能W为
材料在实际工程应用中，往往会因为磨损、辐射、 W = 0.25(F max − F min )X 0 (2)
腐蚀和疲劳断裂等因素导致材料失去原有的应用性 其中 F max 、F min 分别为所采集的恢复力中的最大值和
[20]
能，使材料最终失效 . 研究金属橡胶的疲劳寿命损 最小值. 计算等效损耗因子 η为
伤可以参考金属材料和橡胶材料的失效原因，但是金 ( )
1 ∆W 4 N ∑ 2πi
属橡胶的疲劳破坏形式不同于一般金属材料或橡胶 η = = F i sin +α (3)
2π W N(F max − F min ) N
材料. 由于金属橡胶为空间网状结构，随着振动时间 i=1
变化，内部金属丝相互之间的摩擦，滑移导致金属丝 损伤因子D为
磨损、断裂和损坏. 因此金属橡胶材料的疲劳破坏属 k 0 −k n
D = (4)
于累计损伤，因此选用耗能 ∆W，损耗因子 η和损伤因 k 0
[10]
子D来表达金属橡胶材料渐进式的损伤程度 ，公式 式中： k 0 为金属橡胶材料的初始刚度， 为试样承受
k n
表达在下文列出. 图4为金属橡胶材料的迟滞特性图， n次周期循环作用后的刚度. 此外，损伤因子满足如下
其中W代表材料储存的最大弹性势能. 边界条件：