极端冲击环境下橡胶动态力学性能与结构关系研究

That improve the safety and reliability of important equipments and devices by applying rubber damping materials in extreme impact environments with high frequency and high overload virbration is one of main approaches to developing advanced powerful weapons. In this area,the researches currently have been mainly focuesd on examining the application effect of rubber materials, and almost no research was carried on the relationship between dynamic mechanical properties and structure of rubber materials. We intend to investigate th dynamic mechanical properties of rubber materials in high frequency and design an elastic-viscoelastic composite structures made up of rubber materials and a high-g micromachined accelerometer which can sence the characteristic parameters of extreme impact environments. The relashionship between damping properties and structure of rubber materials will be obtained by investigate the information detected by accelerometer of elastic-viscoelastic composite structures with different rubber materials in extreme impact environments, which would be produced by accelerator calibration systems and ball cartridge tests. The research results would provide important theoretical basis and technical support for the design and application of rubber materials in extreme impact environment.

采用橡胶粘弹性阻尼材料提高关键设备或器件在极端冲击环境下的安全性和可靠性，是发展大威力先进武器等国防尖端技术采取的重要途径之一。极端冲击将产生高频率、高过载的振动，目前该领域的研究主要集中于对橡胶材料实际应用效果的考察，而对橡胶材料在该环境下的阻尼性能与结构之间的关系并未开展深入研究。本项目拟通过时温等效原理研究橡胶材料在高频范围内的动态力学性能，并利用高冲击微加速度传感器具有感知极端冲击环境特征参数的能力，设计橡胶材料与加速度传感器的粘弹性复合结构，采用传感器校准系统或进行实弹搭载试验等手段产生不同的冲击环境，通过分析加速度传感器力学响应的变化来研究不同橡胶材料在极端冲击条件下的阻尼性能，并揭示橡胶分子结构、组成与阻尼性能之间的内在联系。研究结果可丰富和深化对橡胶阻尼减振性能的认识，为极端冲击环境下橡胶阻尼材料的选择、设计和应用提供重要依据，在国防尖端技术领域具有广阔的应用前景。

本项目主要研究极端冲击环境下橡胶动态力学性能与结构的关系，包括三方面的研究内容，分别是橡胶材料在高频条件下（1kHz-100kHz）的动态力学性能研究、橡胶材料冲击阻尼性能研究和橡胶冲击阻尼性能与结构、组成之间的关系研究。. 针对橡胶材料在高频条件下的动态力学性能研究，项目以硅橡胶、三元乙丙橡胶、丁基橡胶三种具有代表性的橡胶材料为研究对象，采用流变分析仪，依据时温等效原理，获得了不同橡胶材料在100Hz~100kHz范围内的动态力学性能，并研究了分子结构、交联密度以及填料等因素对橡胶材料动态力学性能-频率谱的影响，结果表明，不同分子结构橡胶在1Hz-100kHz范围内的动态力学性能存在明显差异，通过控制补强填料形态、用量以及在分子结构中引入大位阻侧基，可以在一定范围内对橡胶的高频动态力学性能进行调控。. 针对橡胶冲击阻尼性能的研究，项目利用具有感知冲击特征参数能力的高冲击微加速度传感器作为检测传感器，设计了用于分析橡胶材料冲击力学响应行为的实验装置，研究了样品厚度、压缩率、以及冲击载荷等对三元乙丙橡胶冲击响应行为的影响。结果表明，本项目设计的装置有较好的测试重复性，可以快速地对橡胶材料在不同冲击条件下的力学响应行为进行评估，样品厚度、压缩率以及冲击载荷对三元乙丙橡胶的冲击响应行为具有明显的影响。. 针对橡胶冲击阻尼性能与结构、组成之间的关系研究，项目研究了橡胶分子主链结构、大体积侧基含量以及填料用量对橡胶冲击阻尼性能的影响，并结合材料的热机械动态力学性能进行了分析，结果表明，阻尼因子仍是影响橡胶冲击响应行为的主要因素，不同分子主链橡胶的高冲击力学应行存在比较明显的差异；通过在侧基位置引入大体积的苯基基团，能够在一定程度上改善硅橡胶对高频振动的阻尼效果，而填料用量对三元乙丙橡胶和丁基橡胶冲击阻尼性能的影响存在明显的差异。