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橡胶磨损

与金属元件相比，橡胶弹性元件在满足机车车辆动力学性能方面，有着非常显著的特点和不可替代的优势，具体表现在:非线性刚度特性，具有多向刚度特性和阻尼特性等。但是，由于橡胶材料的双重非线性和体积不可压缩性，使得橡胶材料力学问题的理论计算十分困难，随着计算机的迅速发展和有限单元法计算技术的发展，使得数值计算方法解决橡胶材料的力学问题变得可能。

在橡胶制品的设计过程中，应用有限元仿真技术进行静、动态性能的预测分析和设计改进，进而实现橡胶制品的优化设计，可以有效提高橡胶件的设计质量，缩短产品开发周期，降低试制和实验的消耗。本文在总结前人的橡胶制品有限元分析的基础上，应用有限元仿真技术对机车车辆中常用的橡胶件进行有限元分析。

橡胶的力学特性随着其成分、温度、受载频率变化很大，但具有一个共同的基本力学特性。与工程上关系最密切的有:超弹性、钻弹性、Mullins效应等。

(1)大变形和高弹性是橡胶的基本力学特性。在连续介质力学中，弹性材料具有:施加一定载荷，变形瞬时发生;载荷卸除后材料回复到初始状态;应力与应变之间存在一一对应关系;存在一个应变能函数，应力可以从应变能函数求得。具备最后一种特性的材料称为超弹性材料，橡胶是一种主要的超弹性材料。橡胶的本构理论最重要的是确定应变能函数，可通过一些方法来实现。

(2)弹性特征。橡胶产品在使用时都呈现明显的时间、温度相关性和能量损耗等豁弹性性能。这些钻弹性力学行为主要包括:蠕变、应力松弛、载荷速率效应、频率相关性、温度依赖性等。橡胶的勃弹性行为本质上是非线性的，橡胶的承载能力、强度与寿命与其非线性豁弹性有关。蠕变和应力松弛现象是对应的，在车辆工程上认为是不良的力学行为。载荷速率效应和频率相关性影响材料的阻尼，因此影响产品的抗振性能。橡胶材料与温度依赖性也很明显，在一定温度范围内，温度升高会加速蠕变和应力松弛的进程;另外在低温情况下，橡胶会表现严重的硬化现象，产品的刚度会迅速增加。

橡胶的疲劳磨损是在橡胶与其坚硬而团钝的对偶表面之间的摩擦力和接触应力均不不大的条件下，所产生的一种比较普遍的磨损形式，和磨粒磨损相比，它是一种低强度的磨损，出于这种磨损和磨粒磨损在许多方面很相似，所以，有的学者把它只看作是磨粒磨损中的一种磨损形式，即圆钝磨粒的磨粒磨损。疲劳也是导致磨损的根源，当橡胶与刚性表面在一定的正压力作用下发生相对运动时，由于橡胶是高弹性体，在滑动过程中能适应坚硬而粗糙的对偶面上的微凸体，所以始终承受着周期性载荷。如果该微凸体是圆钝的，则在橡胶表面产生重复的压缩、拉伸和交变剪切应力，发生多次变形，从而使橡胶表层发生磨损。所以，橡胶疲劳磨损的基本特点是材料表面因多次压缩、拉伸和剪切变形而导致破坏，这些变形是在滑动时，由于橡胶和坚硬的粗糙表面之间的相互作用所引起的，其一般表现为轻微的磨粒磨损和材料表层撕碎，而在磨损表面上不产生磨损花纹，如图4.6中50%HZS04-8d和60%HZS04-6d试样的磨损形貌。

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