Page 315 - 《振动工程学报》2026年第5期

第 5 期 何文福，等：橡胶支座剪拉变形竖向拉伸力学性能试验及参数 GA-BP 预测研究 1519

双线性模型，杨氏模量采用 206 GPa，泊松比为 0.3， 2.4 双线性模型参数分析
屈服强度和极限强度分别为 235 和 400 MPa。
基于图 2 所示的叠层橡胶支座拉力-位移曲线，采

2.2 竖向拉伸数值模型验证 用双线性模型 [14] 计算支座的拉伸刚度与屈服应力。
众多学者对双线性模型的计算方法进行了研究
竖向拉伸数值模拟采用 Yeoh 本构，由橡胶材性
和规定。IWABE 等 [15] 定义，当拉力达到 F = G r A r 时，
试验校准得到材料参数常量 C 10 =0.25，C 20 =0.05，C 30 =
取该点与曲线原点连线形成的割线，并将该割线沿
0.0001。根据试验曲线校准得到体积能部分的参数，
应 变 轴 正 方 向 偏 移 相 当 于 1% 橡 胶 层 厚 度 的 变 形
E b =44 MPa，E b,cav1 =4.5 MPa，E b,cav2 =1.2 MPa，J 2 =1.046。
量，偏移后直线与拉伸曲线的交点作为屈服点，屈服
图 2(a) 和 (b) 给出了单向拉伸数值模拟及试验结
后刚度定义为屈服点与最大拉力点连线的斜率。其
果，数值模拟所得的屈服应力为 0.793 MPa，屈服前刚
中，G r 为橡胶剪切模量，A r 为支座有效受拉面积。薛
度为 10.41 kN/mm， 对 比 RB-1 和 RB-2 的 试 验 曲 线 ，
彦涛等 [7] 定义拉力为 2G r A r 时曲线的割线刚度为拉
RB-1 的屈服应力及屈服刚度计算误差分别为 0.875%
伸 刚 度， 以 2G r A r 割 线 沿 应 变 轴 偏 移 3% 橡 胶 厚 度
和 2.87%，RB-2 的屈服应力及屈服刚度计算误差分别
后，直线与曲线交点处的拉力为屈服拉力，屈服后刚
为 0.875% 和 12.78%。综上，考虑橡胶空穴损伤的 Yeoh
度定义不变。本文定义拉伸应变 5%对应的割线刚
模型既可较好地模拟叠层橡胶支座屈服前拉伸刚度，
度为拉伸刚度，以该割线沿应变轴偏移 1% 橡胶厚度
也可较准确地模拟各加载工况下支座屈服应力。

后，直线与曲线的交点为屈服应力，屈服后刚度定义
2.3 剪拉数值模型验证 不变，即本文理论公式。
将 RB800 支 座 在 剪 切 应 变 0%、 100%、 200% 和
隔震橡胶支座的剪压性能已经有较多的理论分析
300% 工况下的剪拉数值模拟曲线分别与本文理论
和大量的试验验证，但对于剪拉状态下的隔震支座性
公式、文献 [15]、文献 [7] 作对比，对比曲线如图 3 所
能，目前的研究还相对较少，原因是支座屈服时，橡胶
示。由图可知，拉伸刚度在剪切应变为 0% 和 100%
层产生空穴而影响支座的性能，因此支座剪拉性能并
时，文献 [7,15] 与本文提出的理论公式较为接近；在
不能像纯拉伸性能或压剪性能一样用试验轻易测出。
剪切应变为 200% 时，本文理论公式与模拟曲线较为
为了进一步研究橡胶支座的剪拉性能，采用上
贴合，而文献 [7,15] 的计算误差较为明显，所计算的
述 考 虑 空 穴 损 伤的 Yeoh 模 型 ， 基 于 文 献 [5]RB800
拉伸刚度偏小，而屈服应力计算值偏大；在剪切应变
和 RB1200 的叠层橡胶支座循环加载拉伸试验数据，
为 300% 时，文献 [7,15] 的计算方法已无明显的模型
具体支座尺寸参数如表 2 所示，分别提取 RB800 支
屈服后线段，误差较大。综上所述，本文提出的理论
座剪切应变 200%、拉伸应变 25% 工况下的第三圈滞

回曲线，以及 RB1200 支座剪切应变 100%、拉伸应 1200
变 25% 工况下的第三圈滞回曲线来验证模型准确性。
900
采用与上一节相同的有限元材料参数设置，并
进行模拟与试验结果的对比，如图 2(c)、(d) 所示，可 拉伸力 / kN 600
以看出数值模型所计算得出的包络线路径几乎与每 γ=0%剪拉数值模拟曲线
300 本文理论公式
个滞回的峰值重合，可以准确反映支座在剪拉变形 文献[15]理论公式
文献[7]理论公式
下的拉伸刚度和屈服应力。 0

0 8 16 24 32 40

表 2 支座模型尺寸参数 拉伸位移 / mm
(a) γ=0%剪拉数值、理论对比曲线
Tab. 2 Dimension parameters of the bearing model (a) Value, theoretical comparison curve at 0% shear strain

模型尺寸参数 RB1200 RB800 1000
直径/mm 1200 800
750
中心孔径/mm 60 40
剪切模量/MPa 0.45 0.45 拉伸力 / kN 500
橡胶层厚度/mm 9 6 γ=100%剪拉数值模拟曲线
250 本文理论公式
橡胶层数 26 26 文献[15]理论公式
文献[7]理论公式
钢板厚度/mm 4.5 4.5 0
0 8 16 24 32 40
第一形状系数S1 31.7 31.7 拉伸位移 / mm
(b) γ=100%剪拉数值、理论对比曲线
第二形状系数S2 5.1 5.1 (b) Value, theoretical comparison curve at 100% shear strain

拉伸力 γ 剪拉数值模拟曲线

本文理论公式
文献 理论公式
文献 理论公式
拉伸位移
γ 剪拉数值、理论对比曲线

拉伸力 γ 剪拉数值模拟曲线

本文理论公式
文献 理论公式
文献 理论公式

拉伸位移
γ 剪拉数值、理论对比曲线