【论文推荐】郑州航空工业管理学院:丁腈橡胶冲击动力学特性的温度敏感性分析

丁腈橡胶材料的变形特征随温度和应变率提高而显著变化，体现了其温度敏感性。在不同条件下，丁腈橡胶试样的冲击变形特征呈现出明显的变化，具体表现为随着温度和应变率的提升，试样变形从“圆饼状”逐渐转变为“圆盘状”，并最终呈现为“圆盘开裂状”。图1为实验所得到的三种典型试样变形形态。

图1  典型试样变形形态

（a）圆饼状；（b）圆盘状；（c）圆盘开裂状

丁腈橡胶的冲击应力-应变曲线在不同温度阶段表现出不同的温度敏感性。丁腈橡胶的冲击应力-应变曲线大致可划分为三个阶段：线性形变阶段、屈服阶段和应力卸载阶段。

图2  25 ℃、2 330.3 s^-1条件下试样的应力-应变曲线

本工作引入曲线差异值这一概念，在同一应变率下，以25 ℃下的应力-应变曲线为参考，计算其余温度与25 ℃应力-应变曲线的差异值，经计算，各应变率下应力应变曲线差异值结果如图3所示。

由图3可得，当温度低于70 ℃时，应力-应变曲线的差异值随温度升高而变化的幅度较小，表明其温度敏感性相对较弱；当温度高于70 ℃时，差异值随温度升高的变化幅度显著增大，表现出较强的温度敏感性。

图3  各组应力-应变曲线与对照组差异值汇总

图4为四种应变率下屈服强度随温度变化情况。为便于详细分析，对四种应变率下屈服强度随温度变化趋势图进行回归分析，结果显示丁腈橡胶试样的屈服强度具有较强的温度敏感性，且温度与屈服强度之间呈负线性相关关系。此外，随着加载应变率的提高，屈服强度随着温度升高而减小的幅度不断增大，即应变率越高，屈服强度的温度敏感性越强。

图4  屈服强度变化情况

依据实验所得应力-应变曲线，选取线性形变阶段应力-应变数据，通过线性回归方程分别计算四种应变率下橡胶试样的动态模量。以温度为横轴，动态模量为纵轴绘制四种应变率下的动态模量变化图，如图5所示。由图可得，丁腈橡胶的动态模量随应变率提高而上升，且在高温环境下具有较强的温度敏感性。随着加载应变率的提高，丁腈橡胶试样的动态模量不断上升。在温度低于55 ℃时，温度变化对动态模量的影响较小，表明动态模量在此温度范围内对温度不敏感；当温度高于55 ℃时，温度变化对丁腈橡胶材料的动态模量产生显著影响，显示出较强的温度敏感性。

图5  动态模量变化

付帅，男，副教授，2018年毕业于中国矿业大学（北京）安全科学与工程专业，博士，现任郑州航空工业管理学院航空安全工程系主任，硕士生导师，郑州市科技库专家。主要研究方向：灾害监测预警技术、安全检测与监控技术等，主持或参与省部级及以上项目5项，第一作者发表论文30余篇，其中EI及以上检索8篇，获批专利或软著8项。