帘线橡胶复合材料单层板双轴拉伸性能研究.doc

帘线橡胶复合材料单层板双轴拉伸性能研究 Experimental Study on Mechanical properties of Single Ply Cord -Rubber Composites Under Biaxial Tensile Loading 张丰发，范志会，杜星文 （哈尔滨工业大学，哈尔滨 150001） ZHANG feng-fa, Fan zhi-hui, DU xing-wen（Harbin institute of technology，Harbin 150001,China） 摘要:本文对尼龙6帘线增强橡胶复合材料在双轴拉伸条件下的力学性能进行了实验研究，根据实验结果分别讨论了双轴载荷比R对材料纵向和横向应力-应变关系和强度、拉伸断裂应变的影响及材料的失效机理。实验结果表明，双轴载荷比R对材料性能产生很大的影响。 关键词：帘线增强橡胶复合材料；双轴拉伸,双轴载荷比；应力-应变关系；失效机理 Abstract: The mechanical properties of nylon6-rubber composite under biaxial tensile loading were experimental studied in the paper. Based on the experimental results, effects of biaxial tensile loading ratios on longitudinal and transverse stress–strain relations、tensile strength 、fracture strain investigated and the failure mechanisms were discussed.. The results show that biaxial tensile loading ratios have great effects on material properties such as stress–strain relations、transverse tensile strength and fracture strain. Key words: cord reinforced rubber composite; biaxial tension; biaxial tensile loading ratios; stress- strain relations; failure mechanisms 帘线增强橡胶复合材料是一类重要的工程复合材料。而橡胶复合材料单向层板作为材料最基本的结构，对其力学性能的研究显得很重要。人们对橡胶复合材料单向层板的研究由来已久。根据帘线和橡胶材料的杨氏模量、剪切模量和泊松比及其体积含量可以确定单向层板的弹性常数。Walter et al. [1,2] 在 Halpin-Tsai, Gough-Tangorra 和Akasaka-Hirano 等提出的有关弹性常数方程的基础上对单层板的平面应力状态下的力学性能进行了预测并对橡胶复合材料组份材料的性能、单层板的性能和层板模型进行了讨论和研究 图1尼龙6帘线增强橡胶复合材料十字型试件 Fig.1 cruciform specimen of nylon6 cord reinforced rubber composite 试件的成型采用热压成型方法。成型温度1370C，成型压力4MPa，成型时间30分钟。为了防止尼龙帘线在热成型过程中收缩而使材料变形，在试样成型时施加一定的预张力。由于其厚度与长度和宽度相比很小，而双轴拉力又是作用在平面之上，因此认为试件是处于平面应力状态。试件组成材料的基本参数如表1所示。 表1 尼龙6和橡胶材料的基本参数 Table 1 Basic mechanical parameter of nylon6 and rubber 材料 杨氏模量(Mpa) 剪切模量(Mpa) 泊松比 尼龙6 2000 19.0 0.01 天然橡胶 3.50 1.20 0.35 1.2 大变形的测定 橡胶复合材料单向层板的双向拉伸试件在实验中会产生超过50%的大应变，为了测量在双轴拉伸条件下的大变形，在变形测量中采用了新型CCD非接触式变形测量系统。本文采用的CCD系统是一种较简单的变形测量系统，它包括光学系统、线阵CCD及其驱动系统、同步数据采集系统、数据处理的软件系统等几部分。为了同时测定在试件两个方向的变形，我们在试件相对的两个侧面分别画两条间隔20mm的白色的平行标记线，两侧面的平行标记线相互垂直，两个CCD传感器可以随时监测在双向拉伸过程中两条白色的标记线之间的位移变化，从而可确定试件在两