稀土填充硫化天然橡胶多轴疲劳性能研究

本项目针对稀土填充硫化天然橡胶疲劳失效机理及预测模型展开研究。基于橡胶大变形的特点，根据有限变形场下的应力应变关系分析材料循环及疲劳特性，并考察相位角、非比例加载、应变幅值等对材料疲劳寿命的影响；基于宏-微观试验，研究不同循环阶段疲劳损伤在试件表面的演化规律，建立疲劳损伤的化学-力学描述方法，并从分子水平研究稀土添加剂对硫化天然橡胶疲劳寿命的影响；对已有橡胶疲劳损伤模型进行综合评价，系统分析各种模型对橡胶材料寿命预测的有效性；利用扫描电镜等微观测试手段研究微观缺陷及稀土添加剂对起裂点、裂纹扩展规律的影响，结合宏观疲劳裂纹扩展试验，建立考虑微观损伤机制的稀土填充硫化天然橡胶材料多轴疲劳寿命预测模型，为橡胶材料多轴疲劳的研究提供理论指导。本项目研究不但具有重要的学术价值，而且对内蒙古稀土资源的高附加值利用也具有积极意义。

通过研究稀土填充硫化天然橡胶的力学性能、疲劳失效机理及疲劳寿命，建立了稀土硫化天然橡胶疲劳寿命预测模型。并使用纳米氧化铈和微米氧化铈作为填充剂对材料进行了老化比较研究。具体包括以下几个方面内容：（1）基于橡胶大变形的特点，根据有限变形场下的应力应变关系分析了材料循环及疲劳特性，并考察相位角、非比例加载、应变幅值等对橡胶材料疲劳寿命的影响；(2)通过微观测试研究了硫化天然橡胶不同循环阶段疲劳损伤试件表面的演化规律，并为稀土填充硫化天然橡胶微观研究奠定基础；（3）使用纳米氧化铈和微米氧化铈作为填充剂，并且各自以不同的份数添加到硫化天然橡胶中比较并研究其力学性能尤其是疲劳性能的优劣；（4）研究了稀土填充硫化天然橡胶的棘轮行为以及平均应力、应力幅值、 应力加载历史和应力加载率对棘轮应变的影响，同时对稀土填充硫化天然橡胶和未填充稀土的硫化天然橡胶的棘轮行为进行比较和分析；（5）通过ANSYS有限元分析软件和等效应变法相结合的方法，对稀土填充硫化天然橡胶疲劳寿命进行了预测，建立了疲劳寿命预测模型；（6）对稀土填充硫化天然橡胶进行高温老化，对添加不同粒度氧化铈的硫化天然橡胶老化后的试件进行了拉伸性能、磨损性能及疲劳性能的比较研究，并通过扫描电镜和XRD对其进行了微观分析。