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第1章 绪论1

1.1 橡胶在工程中的应用1

1.2 弹性体1

1.3 动态应用2

1.4 通用设计原理3

1.5 热膨胀性、压力和溶胀3

1.6 特殊应用和操作理论4

1.8 密封摩擦7

1.7 密封寿命7

参考文献8

第2章 材料与配合9

2.1 引言9

2.2 弹性体种类9

2.2.1 通用类弹性体9

2.2.1.1 丁苯橡胶(SBR)10

2.2.1.2 聚异戊橡胶(NR，IR)10

2.2.1.3 顺丁橡胶(BR)11

2.2.2.3 氢化丁腈橡胶(HNBR)12

2.2.2.2 丁腈橡胶(NBR)12

2.2.2 特种弹性体12

2.2.2.1 氯丁橡胶(CR)12

2.2.2.4 丁基橡胶(IIR)13

2.2.2.5 乙丙橡胶(EPR，EPDM)13

2.2.2.6 硅橡胶(MQ)13

2.2.2.7 聚硫橡胶(T)13

2.2.2.10 乙烯-甲基丙烯酸酯橡胶(AEM)14

2.2.2.12 氟橡胶(FKM)14

2.2.2.11 丙烯酸酯橡胶(ACM)14

2.2.2.9 氯化聚乙烯(CPE)14

2.2.2.8 氯磺化聚乙烯(CSM)14

2.2.2.13 氯醚橡胶(CO，ECO)15

2.2.2.14 聚氨酯橡胶15

2.3 配合15

2.3.1 硫化与交联15

2.3.1.1 硫黄交联15

2.3.1.2 交联密度的测定18

2.3.1.3 交联密度的影响19

2.3.1.4 其他交联体系20

2.3.2 增强20

2.3.3.1 臭氧老化22

2.3.3 抗降解剂22

2.3.3.2 氧化23

2.3.4 加工助剂25

2.3.5 增容剂25

2.3.6 增粘剂26

2.4 典型的橡胶配合27

致谢29

参考书目29

问题29

答案30

第3章 弹性31

3.1 引言31

3.2 小形变下的弹性性质32

3.2.1 弹性常数32

3.2.2 剪切模量G与复合物之间的关系34

3.2.3 复合物的刚性36

3.2.3.1 剪切模量的选择36

3.2.3.2 键合的块状体与空的圆柱体的剪切变形36

3.2.3.3 固定物体的小压缩或小拉伸38

3.2.3.4 拉伸和压缩中的最大允许载荷41

3.2.3.5 用硬度测试计测橡胶块的印痕42

3.2.3.6 突出于刚性平面孔洞的橡胶43

3.3 大形变44

3.3.1 大弹性形变的通用理论44

3.3.2 应力-应变关系45

3.3.2.1 应力-应变间通常的关系45

3.3.2.2 简单拉伸45

3.3.2.3 形变能量函数的计算46

3.3.2.4 填充橡胶硫化胶的弹性行为48

3.3.2.5 等轴拉伸50

3.3.2.6 受限拉伸(纯剪切)51

3.3.2.7 球形壳体的膨胀(气球)52

3.3.2.8 一个球形孔洞的膨胀53

3.3.3 二次方应力54

3.3.3.1 简单剪切54

3.3.3.2 扭曲形变56

3.4 橡胶弹性分子理论57

3.4.1 单分子链的弹性行为57

3.4.2 一个分子网络的弹性58

3.4.3 网络分子链的有效密度59

3.4.4 形变能量函数中的第二项60

3.4.5 分子理论总结61

参考文献62

问题63

部分答案64

第4章 动态机械性能65

4.1 引言65

4.2 粘弹性65

4.3 动态试验68

4.4 能量问题72

4.5 悬浮体系的运动73

4.6.2 受迫共振振动76

4.6.3 自由振动76

4.6 实验技术76

4.6.1 受迫非共振振动76

4.6.4 回弹性77

4.6.5 静态和动态应变水平的影响77

4.7 动态机械测量的应用77

4.7.1 橡胶元件的生热77

4.7.2 隔震材料78

4.7.3 缓冲器78

4.8 温度和频率的影响79

4.9 填充混炼胶的触变效应82

致谢84

参考文献84

问题84

答案85

第5章 强度87

5.1 引言87

5.2 断裂力学87

5.2.1 试样分析89

5.2.2 裂纹尖端的应变能集中91

5.3 撕裂行为92

5.4 交变载荷下的裂纹增长98

5.4.1 疲劳极限与臭氧老化作用99

5.4.2 G0的物理解释100

5.4.3 弹性体和填料种类的影响101

5.4.4 氧气的作用102

5.4.5 频率和温度的影响103

5.4.6 非松驰影响103

5.4.7 时间依赖性断裂104

5.5 臭氧侵蚀104

5.6 拉伸强度107

5.7 剪切和压缩中的裂纹扩展109

5.8 空化现象和相关断裂111

5.9 结论113

参考书目113

问题116

答案117

第6章 机械疲劳123

6.1 引言123

6.2 断裂力学在橡胶机械疲劳中的应用124

6.3.1 疲劳裂纹引发127

6.3 裂纹的引发与扩展127

6.3.2 疲劳寿命与裂纹增长128

6.3.3 疲劳裂纹扩展：疲劳裂纹增长特性129

6.3.4 由裂纹增长特性测定疲劳寿命131

6.4 疲劳裂纹增长测试方法133

6.4.1 疲劳裂纹扩展动态撕裂能的实验测定133

6.4.2 裂纹增长动力学134

6.4.3 测试条件对疲劳裂纹增长特性和动态疲劳寿命的影响134

6.4.3.1 波形134

6.4.3.4 静态应变/应力135

6.4.3.2 频率135

6.4.3.3 温度135

6.5 各种不同材料及其对疲劳裂纹增长的影响138

6.5.1 补强剂和复合材料模量138

6.5.2 弹性体类型140

6.5.3 硫化体系141

6.6 橡胶在双轴应力下的疲劳和裂纹增长142

6.7 橡胶复合材料的疲劳144

6.7.1 金属丝、帘线及其间距对疲劳裂纹扩展的影响144

6.7.2 最小应变和应力的影响144

6.7.3 橡胶-钢丝复合材料的S-N曲线和疲劳裂纹增长常数的比较147

6.7.4 双层橡胶-帘线层状物的疲劳148

6.8 压缩及剪切作用下的橡胶疲劳149

6.8.1 压缩裂纹增长149

6.8.2 剪切裂纹增长152

6.9 环境因素的影响152

6.10 弹性组件的模型化及寿命预测154

6.11 热塑性弹性体的疲劳裂纹扩展154

6.12 热塑性弹性体的耐久性155

6.13 结论156

参考文献157

致谢157

问题159

答案160

第7章 耐久性162

7.1 引言162

7.2 蠕变、应力松弛和变形164

7.2.1 蠕变164

7.2.2 应力松弛165

7.2.3 物理松弛165

7.2.5 压缩变形和回复167

7.2.4 化学松弛167

7.2.6 实例分析169

7.3 弹性体在空气中的寿命170

7.3.1 室温下的耐久性170

7.3.2 日光和天候171

7.3.3 臭氧开裂171

7.3.4 建筑支座：实例研究172

7.3.4.1 使用100年后的铁路高架桥天然橡胶垫172

7.3.4.2 使用20年后的层合桥梁支座173

7.4.2 结晶176

7.4.1 玻璃化转变176

7.4 低温影响176

7.4.3 低温影响的可逆性177

7.5 高温影响178

7.6 流体环境的影响179

7.6.1 水成液183

7.6.2 烃类液体186

7.6.3 烃类及其他气体188

7.6.4 温度和化学侵蚀的影响192

7.6.5 辐射的影响193

7.7 橡胶-金属结合的耐久性194

7.7.1 粘合实验195

7.7.2 橡胶-金属粘合体系196

7.7.3 盐水中的耐久性：电化学位的影响197

7.8 寿命预测方法200

致谢202

参考文献202

问题203

答案205

第8章 橡胶配件的设计208

8.1 引言208

8.2 剪切和压缩支座210

8.2.1 平面三明治形状211

问题8.2.1.1214

8.2.2 层合支座215

问题8.2.2.1215

8.2.3 管状轴承和支座216

问题8.2.3.1217

问题8.2.3.2220

8.2.4 有效形状因子220

8.3.1 振动背景信息222

8.3 振动和噪声控制222

8.3.2 设计要求224

8.3.3 实例问题225

问题8.3.3.1225

问题8.3.3.2228

问题8.3.3.3229

8.4 实际设计指导232

8.5 结论和致谢233

术语234

参考文献235

问题235

答案236

9.1 引言239

第9章 有限元分析239

9.2 材料分类说明241

9.2.1 金属241

9.2.2 弹性体241

9.2.2.1 线性241

9.2.2.2 非线性245

9.2.3 弹性体材料模型相关性253

9.2.3.1 ASTM-412拉伸相关性253

9.2.3.3 双轴相关性254

9.2.3.2 纯剪切相关性254

9.2.3.4 简章剪切相关性255

9.3 术语和校正255

9.3.1 术语255

9.3.2 FEA模型的类型257

9.3.3 模型的构建257

9.3.4 边界条件259

9.3.5 解260

9.3.5.1 正切刚度260

9.3.5.4 粘弹性(见第4章)261

9.3.5.2 Newton-Raphson方法261

9.3.5.3 非线性材料行为261

9.3.5.5 模型核实262

9.3.6 结果262

9.3.7 线性校正264

9.3.8 经典的非线性校正264

9.4 应用举例266

9.4.1 正驱动调速传动带266

9.4.2 橡胶护舷267

9.4.4 缓冲器设计269

9.4.3 橡皮套269

9.4.5 层合支座273

9.4.6 穿孔塞274

9.4.7 粘接式夹层支架276

9.4.8 O形圈277

9.4.9 胶管模型277

9.4.10 FEA测评样品带278

参考文献280

10.1.1 标准测试方法283

10.1.2 测试目的283

第10章 测试与规范283

10.1 引言283

10.1.3 测试样片的制备284

10.1.4 硫化和测试之间的时间284

10.1.5 本章和范围285

10.2 设计参数的测量285

10.2.1 杨氏模量285

10.2.2 剪切模量287

10.2.3 蠕变与应力松弛289

10.2.3.1 蠕变290

10.3.1 硬度291

10.2.3.2 应力松弛291

10.3 质量控制测试291

10.3.1.1 硬度计292

10.3.1.2 国际橡胶硬度293

10.3.2 拉伸性能294

10.3.3 压缩变形296

10.3.4 加速老化297

10.3.4.1 热空气老化297

10.3.4.2 臭氧龟裂298

10.3.5 耐液体介质性299

10.3.5.2 溶胀测试300

10.3.5.1 溶胀的影响因素300

10.3.6 与刚性基质的粘合301

10.3.7 加工性能302

10.4 动态性能304

10.4.1 回弹性306

10.4.2 Yerzley示波器306

10.4.3 共振梁307

10.4.4 伺服液压控制测试仪309

10.4.5 电力学测试仪310

10.4.6 最佳的测试条件310

10.5 轮胎的测试311

10.5.1 脱圈阻力312

10.5.2 轮胎强度313

10.5.3 轮胎耐久性313

10.5.4 高速性能314

10.6 规范314

10.6.1 分类体系314

10.6.1.1 类型315

10.6.1.2 类别315

10.6.1.3 详细的描述316

10.6.2 公差318

10.6.2.1 模压成型产品319

10.6.2.2 挤出产品320

10.6.2.3 载荷形变特性320

10.6.3 橡胶桥梁支座321

10.6.3.1 功能321

10.6.3.2 设计代码322

10.6.3.3 材料规范322

10.6.4.3 拉伸性能324

10.6.4.2 材料324

10.6.4.1 功能324

10.6.4 管密封圈324

10.6.4.4 压缩变形325

10.6.4.5 低温柔韧性326

10.6.4.6 热空气老化326

10.6.4.7 耐油性326

10.6.4.8 结论326

参考文献327

问题329

答案330

附录 橡胶物理常数表332