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橡胶输送皮带物理循环应力与温度能量关系的转换分析

添加时间:2015-01-22 16:01:12   浏览次数:2211   【 】  打印  关闭窗口

 橡胶复合材料的应力一应变与温度的关系,生热主要来源于材料内部的滞后损失,构成各种橡胶及其复合材料均是粘弹性材料,周期应力不可避免地产生滞后损失,滞后损失最终转变成热能,由于多层复合橡胶制品,橡胶本身又是热的不良导体,虽然轮胎在滚动过程中存在着热交换,但当热交换达到平衡时,内部也达到一定的温度,在不同部位由于厚度不同,导热性不同,温度分布也不同,也就是说存在着温度场,闭合曲线称为“滞后圈”,滞后圈的大小即为单位体积的橡胶在每一个拉伸一压缩循环中所损耗的功,每一周期中损耗的功将变成热能而使温度上升即转化为热能;

由上述分析可知,对粘弹性材料来说应力、应变状态与温度之间有密切的关系,对生热问题,国内外研究人员进行了多年的探索,由于滚动中的生热是一个动态的过程,因此无论是制造商还是用户都希望对其平衡温度场分布进行模拟计算,从而了解在特定的使用条件下的生热情况,近年来随着计算机的发展,温度场分析又取得了新的进展;运输带产品采用有限元法计算各部件在各种使用条件下的温度场分布,建立能够概括引起轮胎生热诸多因素的物理模型,并在此基础上进行数学描述,建立数学模型,从而进一步了解轮胎生热与气压、速度及负荷等使用条件之间的关系,这样用户可以较为全面地了解生热情况,利于合理使用,延长寿命;

力学对研究的各种结构性能和变形非常重要,近几年来,人们环保节能意识的增强,要求降低的滚动损失,而损失与热状态又是密不可分的,它们互相作用影响消耗和使用性能,滚动损失从表观上来看与操作条件、结构参数等联系密切,但从根本上说,损失是由于材料的粘弹滞后性能导致,也就是说和粘弹性应力应变场有关,只有准确地知道内部的应力应变场,才有可能通过进一步的材料粘弹分析计算,了解不同部位的生热,早期的研究者往往孤立地从力学或热学着手,通过橡胶输送带试验和解析的方法来探知内部的应力应变场或温度场,应力应变场和温度场是相互影响、不可分割的,由此推动了热力学的发展;热力学是近20年才发展起来的一门交叉学科,它综合了计算力学、复合材料力学、传热学、结构设计与分析的知识,运用热、力学耦合分析的方法将力学分析与热学分析有机地结合起来,关于耐热运输带热力学耦合分析的总体分析框图,热力学的研究任务是:在对橡胶及其复合材料非线性损耗机理了解的基础上,通过热力学的方法将力学分析与热学分析耦合起来进行分析,最后得到在各种条件下的应力应变场、温度场、接地面形状、压力分布以及能量损耗;

在热力学耦合分析方面的系统研究采用数学模型对热力学分析进行了如下描述:

①材料性能包括力学性能和热学性能的温度相关性;

②温度的变化导致变形的变化从而形成热应力;

③输送带厂家应力应变场影响损耗从而影响温度场,并在这三种耦合分析的基础上编制了由三个模块即:变形模块、损耗模块、热模块组成的有限元程序,通过计算可以进行热力学耦合分析,预报滚动阻力、内部温度场、应力一应变、变形和接地信息,从而为设计提供依据。

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