轮胎橡胶复杂应力状态力学性能测试的方法及其专用设备

摘要

本发明涉及一套完善的轮胎橡胶复杂应力状态力学性能实验系统，包括单轴拉伸试验、等双轴拉伸试验、平面拉伸(纯剪切)试验在内的材料试验，试验记录的数据是CCD图像(包含时间)，拉伸力和时间曲线。采用数字图象处理程序得到应变和时间关系曲线。通过时间的对应关系可以得到应力应变曲线数据，再用回归分析程序来得到光顺后的应力应变曲线。该系统适用于橡胶复杂应力状态力学性能测试。通过该技术方案，可以有效对单轴、双轴以及纯剪切情况下橡胶试件进行应力-变形测试，对轮胎橡胶复杂应力状态下的力学性能做出评估，也为轮胎数值分析提供准确的材料参数。

主权项

轮胎橡胶复杂应力状态力学性能测试的方法，其特征在于该方法包括单轴拉伸试验、纯剪切试验、双轴拉伸试验和数据处理步骤，其中：①    单轴拉伸试验，采用哑铃形试样，试验步骤和要求参照国家标准GB/T528‑1998的规定进行，使用电子万能试验机进行拉伸，记录试样的应力应变曲线，取同种材料不同试样的平均值，即为该材料的单轴拉伸应力应变曲线，进行单轴拉伸试验时，应消除橡胶材料的Mullins效应和Payne效应；②    纯剪切试验，采用矩形薄片试样（1），试样（1）中间为工作区，两端分别预留了装夹区域，该区域两侧均粘贴铝片，通过铝片与夹具（2）装夹；夹具（2）一套两个，夹具（2）通过螺栓以及夹具（2）下部的止口（5）来定位夹紧试样（1）；通过电子万能试验机进行加载；试验的应力数据通过与电子万能试验机相连的数据采集系统获得，应变数据通过CCD图像采集装置获取；③    双轴拉伸试验，采用十字形试样（6），十字形试样（6）的四个支臂的末端分别设有加厚夹持部（7），十字形试样（6）中部等厚，十字形试样（6）十字交叉处有倒圆角（8）；十字形试样（6）先与铝片粘结，通过铝片与夹具（9）装夹，螺栓以及夹具下部的止口（10）保证定位并夹紧试样（6）；夹具（9）一套四个，每个夹持状况相同；采用二轴拉伸试验机，从两个通道同时在两个方向对试验加载，试验在四个支臂方向都有位移；同时采集两个通道的应力和应变，取平均值得到每个试样的应力应变数据；④    数据处理，纯剪切和双轴拉伸试验使用非接触式应变测量设备来记录变形，CCD图像采集装置采集到与每一应力时刻相对应的试样的当前位置的图片，运用图像处理技术对每一试样的试验照片进行处理，得到与应力相对应的应变值；即根据图像和时间关系，拉伸力和时间关系，得到应力应变曲线数据，再用回归分析程序得到光顺后的应力应变曲线；所述的图像处理技术包括以下的步骤：ⅰ、每隔一段时间自动捕捉，获得一系列变形CCD图像，同时测试机记录时间对应载荷；ⅱ、图象处理时需要一个参考图像，不同时间对应的CCD图像为目标图像，通过数字图象处理软件获得位移数据文件，参考图像在大应变时需要更换，而实际应变需要最后获取得应变加上参考图像的应变；ⅲ、利用Newton‑Rapshon方法计算位移，需要注意在选择图像区域时选择在试样变形区域；ⅳ、将位移文件载入到处理软件中，选择Cauchy选项计算可以得到图像对应的应变文件，将文件内对应应变取平均值则得到图像对应应变文件。