金属橡胶材料的理论模型研究.pdf

第19卷第3期航空动力学报Vol119No13
2004年6月JournalofAerospacePowerJun.2004

文章编号:100028055(2004)0320314206

金属橡胶材料的理论模型研究

郭宝亭1,朱梓根1,崔荣繁2,庞为2
(1.北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京100083;
2.沈阳黎明航发集团公司技术中心,沈阳110043)

摘要:金属橡胶因此类金属构件具有类似橡胶的弹性而得名。本文从金属橡胶的成型工艺特点出发,以弹簧
理论为基础,通过建立金属橡胶材料的力学模型,对材料的刚度特性进行理论分析,给出了金属橡胶材料的本
构关系,为开发金属橡胶材料的产品设计与应用提供理论依据。
关键词:航空、航天推进系统;金属橡胶;模型;成型非受压面;非线性
中图分类号:V23119文献标识码:A

TheoreticalModelofMetal-Rubber
GUOBao2ting,ZHUZi2gen,CUIRong2fan
(1.SchoolofJetPropulsion,BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics,
Beijing100083,China;
2.ShenyangLiMingAeroengineGroupCorporationLTD,Shenyang110043,China)
Abstract:Metal2Rubber(MR)isametalmaterial,anditselasticityissimilartothatofrub2
ber.Thepaper,basedonMRtraitsofformingtechnicsandspringtheory,demonstratestheme2
chanicmodelofMRandstudiestherigiditycharacteristicsthroughtheoreticmethod.Besides,the
paperpresentstheconstitutiverelationofMR,whichissignificantfortheMRproductdesigns
andapplications.

Keywords:aerospacepropulsionsystem;Metal2Rubber(MR);model;
formingnonpressing2surface;nonlinear

金属橡胶材料是由金属丝制成的。它的主要
制作过程是先将金属丝绕成螺旋状的弹簧形状,
经过拉伸、编织后,放入模具中压制成型(如图
1)。金属橡胶压制成型后,金属丝之间相互缠绕,
在一定程度上有某种规则性,在金属橡胶的成型
受压面上,金属丝多为平行受压面分布(如图2)。
其中图2(a)是在成型时受压面金属丝排列图,图
2(b)是成型非受压面金属丝排列图。从图2金属
图1金属橡胶阻尼器
橡胶中金属丝的排布可以看出,在金属橡胶的成
Fig.1MRDamper
型受压面上,金属丝多为平行受压面分布。因此,

收稿日期:2003-07-08;修订日期:2004-05-10
作者简介:郭宝亭(1963-),男,辽宁沈阳人,北京航空航天大学能源与动力工程学院博士后,主要从事转子动力学、结构强度及
振动试验技术研究.
第3期郭宝亭等:金属橡胶材料的理论模型研究513

金属橡胶是一种非各向同性材料。对于环型金属橡胶减振器,就材料本身而言,
根据以上对金属橡胶材料的观察分析,可以它是一种疏松结构的金属材料,在材料力学中,它
将杂乱的金属丝看成许多分层的微小弹簧,小弹的密实性或连续性是不能够被忽略的。而就其制
簧的形状各不相同,但主要可看成是与成型压力做工艺而言,在整个构件体积内是均匀的。而它在
面有一小角度A(即螺旋角)的小曲梁。每个小弹压制方向和非压制方向上,具有不同的力学性能,
簧都具有一定刚度,它们的共同作用形成宏观上属于正交各向异性(确切地说属于工艺正交各向
金属橡胶总的刚度特性。金属橡胶在受外力时,小异性)材料。
弹簧之间的相互滑移产生的摩擦必然消耗部分能
量,这是金属橡胶具有阻尼作用的原因。

图4“微单元体”应力情况
Fig.4"Micro2cell"stress

为了研究环型金属橡胶的受力状态,可以借
助材料力学中的方法,切取一个小“微单元体”,
其应力状况如图4所示。其中与Z轴垂直的面即
X-Y面为受压面,与X、Y轴垂直的面即Y2Z
图不同成型面中金属丝的排布
2面、X2Z面为非受压面。这里切取的小“微单元

Fig.2Arrangingwireondifferent体”,以其在很小的体积内的平均力学性能,接近
2
formingsurface整个试件的平均力学性能为准。为了研究金属橡