织物橡胶密封材料接触面三维变形及应力实验研究

基本信息
批准号:11472152
项目类别:面上项目
资助金额:108.00
负责人:姚学锋
学科分类:
依托单位:清华大学
批准年份:2014
结题年份:2018
起止时间:2015-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:柯玉超,刘晓宇,马寅佶,陈良家,苏蕴荃,刘伟,原亚南
关键词:
三维数字散斑相关接触应力织物橡胶密封材料三维变形测量超声相控阵
结项摘要

In this project,both three dimensional deformation mechanism and stress distribution characteristics for the contact surface of the fabric rubber sealing material are systematically studied in experiment and theoretical analysis. First, three dimensional contact mechanics model of the fabric rubber seal material is established to study the relationship between the contact deformation and the contact stress, and three dimensional contact deformation and stress are simulated using nonlinear FEM, which indicate the relationship among the contact stess,the fabric performance and structure, the adhesion and the friction. Second, three dimensional deformation fields of the contact surface between fabric rubber sealing material and transpare plate are measured by means of 3D Digital Speckle Correlation Method ,and the contact stress field can be obtained using inversion algorithm, which indicate the evolution pattern of the contact deformation and stress. Finally, a new in-situ phased array ultrasonic testing platform is designed to measure the contact stress between the fabric rubber and the opaque material based on the ultrasonic echo signal from the contact interface, which validate the contact mechanics model. The research results will provide an important scientific theoretical basis and experimental methods for evaluating and designing advanced fabric rubber seal material.

本项目主要对织物橡胶密封材料接触面三维变形机制和应力分布特征进行系统地实验研究与理论分析。首先,建立织物橡胶密封接触变形与接触应力的三维细观力学模型,实现织物橡胶密封接触面三维变形与三维应力的非线性有限元模拟,揭示接触应力、织物性能与结构、粘附、摩擦等之间的依赖关系。其次,利用三维数字散斑相关技术测试织物橡胶密封材料与透明件接触面的三维细观变形场,借助三维本构关系反演接触面三维应力场,表征接触面变形场和应力场的演化规律。最后,建立超声相控阵检测平台,原位测试橡胶密封材料与非透明材料接触面的超声波反射回波信号,真实再现织物橡胶接触面的细观接触应力分布特征,验证织物橡胶密封材料接触力学细观模型,提出相应的接触力学设计准则。研究成果将为织物橡胶密封件的优化设计、性能评估、寿命预测提供关键科学理论基础与实验方法。

项目摘要

本项目主要对织物橡胶密封材料接触面三维变形机制和应力分布特征进行系统地实验研究与理论分析。首先,建立织物橡胶复合材料的细观模型和本构模型,实现对织物橡胶密封件的力学性能和接触界面变形、应力的数值模拟、预测。其次,基于经典接触理论、量纲分析和有限元分析方法,建立了有限厚度橡胶接触问题的半解析解,为橡胶材料接触应力的反演提供基础。基于建立的三维数字散斑相关测试技术平台,进行了接触界面附近三维变形场的测量,实现了接触界面应力的反演。最后,提出了超声方法测量织物橡胶接触界面的理论模型,给出了接触应力的显式表达式。并建立了橡胶材料接触界面超声测试平台,通过接触压力标定试验获得了平均接触压力、超声回波信号强度、声波反射系数等之间的标定关系。本项目的顺利开展和取得的一系列研究成果为织物橡胶密封件优化设计、性能评估提供了试验方法和科学指导,并在大型客机舱门密封件上取得了初步应用。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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