《轮胎工业》年第41卷第2期
DOI:10./j.issn.-..02.
听作者讲论文
作者简介
吴健（—），男，浙江义乌人，现任哈尔滨工业大学（威海）海洋工程学院院长助理，副教授，博士生导师。年博士毕业于哈尔滨工业大学，面向国家大飞机等重大战略需求，长期从事橡胶等柔性复合材料设计、仿真分析与测试评价等技术研究。承担了国家自然科学基金重大项目子课题及面上项目、航天支撑基金、山东省重点研发计划、山东省青年基金及中国航发合作项目等15项课题，在国内外科技期刊上发表论文30余篇，授权国家发明专利6项，软件著作权3项。
●作者讲述●
（一定要听哦）
●OSID码●
（扫码与作者交流）
帘线/橡胶复合材料多层结构的力学特性及失效形式研究
吴健，罗行，郭晓浓，赵悦皓，粟本龙，李哲，王友善
[哈尔滨工业大学（威海）橡胶复合材料与结构研究所]
摘要：研究不同帘线层接头搭接形式和不同搭接段间距下的帘线/橡胶复合材料的力学特性和失效形式。结果表明：帘线/橡胶复合材料在不同搭接形式下的力学行为具有较大非线性，搭接段间距为5mm时的凹型凸型搭接试样的综合力学性能最优；帘线/橡胶复合材料的搭接段间距为5和15mm时，试样主要失效形式为搭接处断裂，此处的帘线层和橡胶层所受应力最大；当搭接段间距为25mm时，易发生界面滑脱和端头断裂失效。关键词：帘线；橡胶；复合材料；搭接形式；搭接段间距；力学特性；失效形式
主要内容
研究背景帘线/橡胶复合材料因其优异的力学性能，在轮胎等橡胶制品中得到广泛应用，但当受到过大的突变载荷时常常发生断裂失效。由于实际橡胶制品中所采用的帘线搭接方式的差异和搭接段间距等工艺参数的不同，通常会导致不同的复合材料强度和失效形式。本工作针对典型帘线/橡胶复合材料结构，开展不同帘线层接头搭接形式和不同搭接段间距下橡胶复合材料结构的力学行为研究，以揭示其对帘线/橡胶复合材料的失效形式以及强度等力学性能的影响规律，为工程中橡胶复合材料制品的设计与制备提供依据。实验
1.1 试样制备
帘线层接头搭接被广泛应用于帘线/橡胶复合材料，当帘线增强层的层数较多时，接头搭接段间距是影响搭接性能的重要因素之一。搭接段间距是指相邻两层帘线的搭接重叠部分之间的间距，如图1所示。基于帘线/橡胶复合材料3层搭接设计结构的基本搭接组合形式包括顺型顺式、顺型逆式和凹型凸型，如图2所示。为研究不同帘线层与橡胶间形成结构的失效状态，制备3种搭接形式下搭接段间距分别为5，15和25mm的试样若干个，搭接长度均为45mm，试样尺寸为mm×12mm×6mm。将试样按不同搭接结构排布在自制的模具中，然后在平板硫化机上加热硫化成型，硫化条件为℃/20MPa×30min。1.2 测试方法
采用UHGD型高低温拉伸试验机在室温下进行拉伸性能测试，拉伸速率为mm·min-1，标距为mm，采用定制的气动夹具进行夹持，拉伸试验机和气动夹具分别如图3和4所示。每种相同参数的试验重复3次，记录试验数据并分析。结果与讨论
2.1 力学特性
3种不同搭接方式的试样在不同搭接段间距下拉伸，所得应力-应变关系曲线如图5所示。从图5可以看出，帘线/橡胶复合材料的应力-应变曲线均具有较大非线性，3种搭接方式虽在数值上有所不同，但总体变化规律相似。
不同搭接形式下帘线/橡胶复合材料的拉伸强度和拉断伸长率测试结果如表1所示。
从表1可以看出：随着搭接段间距的增大，凹型凸型的帘线/橡胶复合材料拉伸强度下降最明显，顺型顺式虽变化不大但仍可体现下降趋势，而顺型逆式受搭接段长度影响变化不明显；随着搭接段间距的增大，凹型凸型的帘线/橡胶复合材料拉断伸长率下降最明显，顺型顺式和顺型逆式变化不明显。
2.2 失效分析
通过对试验后的失效试样进行分析，发现复合材料失效形式主要有3种，如图6所示。不同搭接形式下帘线/橡胶复合材料的失效形式分析结果如表2所示。从表2可以看出：帘线/橡胶复合材料的搭接段间距为5mm时，3种不同搭接形式的试样失效形式均为搭接处断裂；搭接段间距为15mm时，除顺型逆式试样存在端头处应力集中断裂外，其余试样的失效形式均为搭接处断裂；搭接段间距为25mm时，顺型顺式试样的失效形式为界面滑脱，顺型逆式试样的失效形式为端头或搭接处断裂，凹型凸型试样出现端头断裂或界面滑脱现象。结论
（1）帘线/橡胶复合材料在不同帘线层接头搭接形式下的力学行为具有较大非线性，搭接段间距为5mm时的凹型凸型搭接试样的综合力学性能最优。（2）帘线/橡胶复合材料的帘线层接头搭接段间距为5和15mm时，试样失效形式主要为搭接处断裂，此处的帘线层和橡胶层所受应力最大；当搭接段间距为25mm时，复合材料易发生界面滑脱和端头断裂失效。MechanicalPropertyandFailureModesofCord/RubberComposite
MultilayerStructure
《橡胶工业》《轮胎工业》《橡胶科技》自年11期起加入（OpenScienceIdentity）开放科学计划。通过在文章上添加开放科学二维标识码（OSID码），为读者和作者提供一个与业界同行和专家进行学术交流的途径，同时提供系列增值服务，提升论文的科研诚信。
OSID码包含以下内容：（1）作者介绍论文的语音（可上传5段语音，每段不超过10分钟），内容包括研究背景、学术价值等，还可以介绍自己研究前的准备工作、研究过程中的趣事等，从而展现更多的研究细节；（2）论文附加说明，可上传论文的相关图片和视频，以及纸刊无法呈现的动态研究过程等，进行更直观、立体化的展示，同时为自己的论文提供科研诚信支撑；（3）作者与读者在线交流问答，建立起论文的学术交流圈。
投稿网站(唯一投稿方式)