专利名称：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的制作方法
技术领域：
本发明属于汽车轮胎性能测试技术，特别是轮胎橡胶复杂应力状态力学性 能测试方法和该方法是用的专用设备。
背景技术：
轮胎是汽车唯一接地部件，轮胎、路面与汽车底盘的匹配形成汽车各种性 能，研究轮胎性能是分析汽车性能的基础。在轮胎等橡胶结构有限元分析中， 橡胶超弹性本构模型的选择和材料参数的准确性对有限元分析的结果起到决定 性的作用。汽车轮胎中通常含有十多种填充橡胶，由于橡胶的特征十分复杂， 材料和几何特征都是非线性的。橡胶对于温度、周围介质、应变随时间的变化、 载荷率和应变量等作用和影响十分敏感，橡胶的制造工艺和成分也对橡胶力学 性能有显著的影响。因此，要想准确的表征橡胶的材料件能，仅仅依赖单向拉 伸性能实验并不能完全描述材料包括压縮及剪切在内的所有力学行为，而必须 对橡胶材料进行包括拉伸、压縮，剪切及体积实验等在内的全部基础实验。橡 胶实验比较困难，对试验设备和实验环境有较高的要求，实验环节中温度、拉 伸速度、橡胶硫化后停放时间等各个参数对实验结果都有较大的影响。橡胶实
验目前只有简单拉伸实验有国家标准(国家标准GB/T528-1998)。为了更精确的 研究轮胎力学性能，需要建立更完整的填充橡胶力学性能实验系统。
发明内容
本发明的一个目的在于提出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、双轴拉伸试验、平面拉伸(纯剪切)试验在内的 材料试验，其目的在于通过该系统的应用得到一组轮胎常用橡胶材料数据，并 将这组数据应用到实际轮胎的数值分析中—。本发明的第二个目的是提供上述的轮胎橡胶纯剪切试验用夹具。 本发明的第三个目的是提供上述的轮胎橡胶双轴拉伸试验用夹具。 为了实现上述的第一个N的，本发明采用了以卜'的技术方案
轮胎橡胶复杂应力状态力学性能测试的方法，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歩骤，其屮
① 纯剪切试验，采用矩形薄片试样，试样中间为工作区，两端分别预留了 装夹区域，该区域两侧均粘贴铝片，通过铝片与夹具装夹；夹具一套两个，夹 具通过螺栓以及夹具下部的止U来定位夹紧试样；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；
② 双轴拉伸试验，采用十字形试样，十字形试样先于铝片粘结，通过铝片 与夹具装夹，螺栓以及夹具下部的止口保证定位并夹紧试样；夹具-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；
③ 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。
作为优选，上述的单轴拉伸试验，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。作为再优选，在进行单轴拉伸试验时，应消除橡胶材料的Mullins效 应禾口 Payne效应。
作为优选，上述的纯剪切试验和双轴拉伸试验时清洗铝片和橡胶粘合面， 保证粘合强度。
作为优选，上述的十字形试样的四个支臂的末端分别设有加厚夹持部，十 字形试样中部等厚。作为再优选，十字形试样十字交叉处有倒圆角。
作为优选，上述的步骤④中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；
iii、 利用Newton-Rapshon方法讣算位移，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。
作为再优选，上述的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。
为了实现上述的第二个目的，本发明提供丫上述的轮胎橡胶纯剪切试验用 夹具，该夹具包括夹持口，夹持口由夹具本体上的两块夹持片构成，夹持口的 下部设有止口，并在两块夹持片相应的位置上分别设有若干个螺孔，通过螺栓 穿设在两块夹持片之间的螺孔内，实现夹持口夹紧试样。
为了实现上述的第三个目的，本发明提供了上述的轮胎橡胶双轴拉伸试验用夹具，该夹具包括夹持口，夹持口由夹具本体上的两块夹持片构成，夹持口的下部设有止口，并在两块夹持片相应的位置上分别设有一个螺孔，通过螺栓穿设在两块夹持片之间的螺孔内，实现夹持口夹紧试样。
本发明技术方案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。
图1是橡胶力学性能试验系统结构框图。
图2是单轴拉伸应力应变曲线。
图3是纯剪切试验试样的结构示意图。
图4为纯剪切试验夹具的结构示意图。
图5为图4的右视图。
图6为图4的仰视图。
图7为双轴拉伸试验试验试样的结构示意图。
图8为双轴拉伸试验夹具的结构示意图。
图9为图8的仰视图。
图IO为数据处理流程框图。
图11为每隔一段时间自动捕捉获得的变形CCD图像。
图12为利用Newton-Rapshon方法计算位移，选择的试样变形区域CCD图
图13为以Tread rubber为例，CCD所拍摄的图像。图14为Tread rubber纯剪切应力应变曲线。图15为Tread rubber双轴拉伸应力应变曲线。
具体实施例方式
参照图1，设计夹具、硫化装置、试件以及辅助装置，试件准备妥当，通过硫化设备，力学试验机进行单轴拉伸试验、双轴拉伸试验以及纯剪切试验，利用数值数据采集设备和图形数据采集设备获取想要的数据和图像，经过自行开发的数据分析软件、图像处理软件、回归分析软件、有限元软件等对采集的数据进行处理，得到最终的结果。
宇-向拉伸试验，采用哑铃形试样，试验歩骤和要求参照国家标准GB/T528-1998的规定进行，实用电子万能试验机进行拉伸，大变形引伸义、游标卡尺、钢板尺等对应变进行测量。每种材料进行多个试样的对比试验，且在同一试验条件下连续进行。注意消除橡胶材料的Mullins效应和Payne效应。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。
橡胶拉伸试验在万能材料试验机上进行。在试验过程中，与电子万能试验机联机的微型电子计算机的显示屏上实时绘出试样的拉伸曲线(如图2所示)，也称为F-A/曲线。
本试验中，取最大应变为6，即变形后尺寸丄与原尺寸/之间满足下面的关系式
￡ = 6/ (1-1)
根据F-A/曲线可以得到cr-s曲线(应力-应变曲线)，a,s可由下式计算其中，F为试样所受的作用力，单位N; 6是试样工作部分宽度，单位mm;d是试样工作部分的厚度，单位mm。
如图3所示，纯剪切试验中采用矩形薄片试样l，试样l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。如图4、 5和图6所示，夹具2包括夹持口3，夹持口 3由夹具木休上的两块夹持片构成，夹持口 3的下部设有止口 5，并在两块夹持片相应的位置上分别设有7个螺孔4，通过7个螺栓穿设在两块夹持片之间的螺孔4内，夹具通过7个M8的螺栓以及夹具下部的止口 5来定位夹紧试样1 。通过电子万能试验机进行加载，试验步骤和要求与^轴拉伸试验大休相同。注意清洗铝片和橡胶粘合面，保证粘合强度。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。
双轴拉伸试验，采用十字形试样6，如图7所不，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，十字交叉处有倒圆角8。如图8、图9所示，轮胎橡胶双轴拉伸试验用夹具9包括夹持口 12，夹持口 12由夹具本体上的两块夹持片构成，夹持口 12的下部设有止口 10，并在两块夹持片相应的位置上分别设有一个螺孔11，通过螺栓穿设在两块夹持片之间的螺孔11内，通过铝片与夹具9装夹，螺栓以及夹具9下部的止口 IO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，试验歩骤和要求与纯剪切相同。双轴拉伸试验中，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，再对同一材料的三个试样的应力应变求平均值。
如图10所示，试验数据处理，纯剪切和双轴拉伸试验无法使用大应变引伸计来测量应变值，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。
图像处理的具体流程如下
如图11所示，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。图象处理时需要一参考图像，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。由于该软件需要参考图像与目标图像的相关度要求较高，因此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。
如图12所示，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。然后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。
纯剪切数据处理
获得纯剪切应变数据后，与单轴拉伸类似得到应力数据，最后根据时间对应关系得到材料的应力应变曲线。以Tread rubber为例，图13展示了CCD所拍摄的图像。
捕捉方式/文件名/储存时间/储存日期手动单张捕捉11(771).bmp 2006-12-20 15:44:56自动捕捉11(772).bmp 2006-12-20 15:45:0600+++自动捕捉11(773).bmp 2006-12-20 15:45:0700自动捕捉11(774).bmp 2006-12-20 15:45:0800+++自动捕捉11(775).bmp 2006-12-20 15:45:0900自动捕捉11(776).bmp 2006-12-20 15:45:1000+++自动捕捉11(777).bmp 2006-12-20 15:45:1200自动捕捉11(779).bmp自动捕捉11(780).bmp自动捕捉11(781).bmp自动捕捉11(782).bmp自动捕捉11(783).bmp自动捕捉11(784).bmp自动捕捉11(785).bmp自动捕捉11(786).bmp自动捕捉11(787).bmp自动捕捉11(788).bmp自动捕捉11(789).bmp自动捕捉11(790).bmp自动捕捉11(791).bmp自动捕捉11(792).bmp自动捕捉11(793).bmp自动捕捉11(794),bmp自动捕捉11(795).bmp自动捕捉"(796).bmp自动捕捉11(797).bmp自动捕捉11(798).bmp自动捕捉11(799).bmp自动捕捉11(800).bmp自动捕捉11(801).bmp自动捕捉11(802).bmp自动捕捉11(803).bmp自动捕捉11(804).bmp自动捕捉11(805).bmp自动捕捉11(806).bmp自动捕捉11(807).bmp自动捕捉11(808).bmp自动捕捉11(809).bmp自动捕捉11(810).bmp自动捕捉11(811).bmp自动捕捉11(812).bmp自动捕捉11(813).bmp自动捕捉11(814).bmp自动捕捉11(815).bmp自动捕捉11(816).bmp自动捕捉11(817).bmp自动捕捉11(818).bmp自动捕捉11(819).bmp自动捕捉11(820).bmp
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
2006-12-20
15:45:1200+++15:45:130015:45:1400+++15:45:160015:45:1700+++15:45:180015:45:1900—-(782)15:45:200015:45:2100—15:45:220015:45:2300—15:45:240015:45:2500—15:45:260015:45:2700—15:45:280015:45:2900—15:45:300015:45:3100+++(794)15:45:320015:45:3300+++15:45:340015:45:3500+++15:45:360015:45:3700+++15:45:380015:45:3900+++15:45:400015:45:4100+++15:45:420015:45:4300—(806)15:45:440015:45:4500—15:45:460015:45:4700—15:45:480015:45:4900—15:45:500015:45:5100—15:45:520015:45:5300—15:45:540015:45:5500—
下面以774为例，给出了计算得到的位移和应变data文件11 (774)NR,datri /1 r 八-2.il4391E-02，-.1352111
220,485-1.802445E-02,-.1354154
220,490669118E-02,-.1299151
220,495-1.445478E-02,-.1263
220,500-1.893696E-02,-.1242772
220,505-2.098877E-02,-.1204498
220,510-1.914942E-02,-.1117311
220,515-1.815837E-02,- 1101902
220,520-1.869369E-02,-.1105239
220,525-2.179097E-02,-.1062431
220,530-2.342065E-02,-.1049947
220,535-2.610512E-02,-.1020902
220,540.-2.431162E-02,-9.749981 E-02220,545-2.699915E-02,-9.513314E-02220,550，-.0288553,-9.424289E-02225,480，-2.035839E-02,-.139068
225,485,-1.769613E-02,-.1361432
225,490，-1.799963E-02,-.1305461
225,495,-1.616591E-02,-.1264303
225,500,-2.040392E-02,- 1244578
225,505,-2.148009E-02,-.1217723
225,510,-1.912766E-02,- 1140874
225,515，-1.970614E-02,-.1107264
225,520,-1.967676E-02,-.1094659
225,525,-2.161995E-02,-.105935
225,530,-2.115033E-02,- 1049102
225,535,-2.261283E-02,-.101652
225,540,-2.065959E-02,-9.730339E-02
225,545,-2.246297E-02,-9.308197E-02
225,550，-2.379349E-02,-9.238213E-02
230,480,-1.947473E-02,-,1384695
230,485,-1.828201E-02,-.1357599
230,490,-1.801163E-02,-.1299738
230,495,-1.803668E-02,-.1256237
230,500,-1.979122E-02,-.1224661
230,505,-2.039025E-02,-.1193891
230,510,-.017796,-.1125582230,515,-2.093086E-02,-.1116798
230,520,-2.014527E-02,-.1095875
230,525，國.0214919,-.1052592230,530,-2.293483E-02,- 1051698
230,535,-2.312696E-02,- 1029623
230,540,-2.079567E-02,-9.849168E-02
230,545,-2.383563E-02,-.0946537
230,550，-2.327985E-02,- 0914127
235,480,-1.944863E-02,-.1411598713,485 235，490: 235,495 235,500 235， 235,510 235,515 235,520 235,525, 235，530 235,535 235,540, 235,545 235,550 240,480 240,485 240,490 240,495 240,500 240,505 240,510 240,515 240,520 240,525 240,530 240,535 240,540 240，545: 240,550 245，柳 245,485, 245,490 245,495 245,500
505，-2.089739E-
245 245 245 245 245 245 245 245 245 245
,505 ,510 ,515 ,520 ,525 ,530 ,535 ,540 ,545 ,550
250,480 250,485
1.917357E-02,-. 1368977 1.850016E-02,-.1311992 -.0184128,-.1264044 -2.060636E-02,-. 123064 02，-.1196645 1.950892E-02 2.069723E-02 2据403E-02, -2.093268E-02, -2.273269E-02, -2.214028E-02， -1.935024E-02, -2.265209E-02,. -2.276526E-02, -1.908372E-02，. -2.003442E-02，--2.000243E-02,--2.061469E-02,--2.189239E-02，--2.215153E-02,--2.130321E-02,--2.177442E-02,--1.830283E-02,--.0177932,-.1083865 -1.873045E-02,-.1067708 -1.816259E-02 -1.602377E-02 -1.929671E-02 -1.936079E-02 -1.861317E-02 -2.179508E-02 -2.201032E-02 -2.234535E-02 -2.287227E-02 -2.250039E-02 -2.178022E-02. -.0229577,-.1133237 -2.144672E-02,-. 1095627 -2.079435E-02,-.108356 -.0211314,-.1054243 -2.080871E-02,-.1026492 -1.633805E-02,-9.735318E-02 -2.022111 E-02,-9.348723E-02 -2.127339E-02，-9.202949E-02 -1.657347E-02,-.1438227 -.0195365,-.1410982
- 1141643 -.1102834 -.1077909 1062198 105243 .1027951 .0971811 9.364469E-02 9.149782E-02 .1408591 .1375462 1329865 ,1289391 1252962 .1218338 .117381 .1139339 .1103163
.1041942 9.831519E-02 9.521508E-02 9.227126E-02 .1428707
1394555 .134305 1298542 1250138 .12204
1180535
14250,495 250,500 250,505 250,510 250,515 250,520 250,525 250,530 250,535 250,540 250,545 250,550 255,480 255,485 255,490 255,495 255,500
255 255 255 255 255 255 255 255 255 255
,505 ,510 ,515 ,520, ,525 ,530 ,535 ,540 ,545 ,550
260,480 260,485 260,490 260,495 260,500 260,505 260,510 260,515 260,520 260,525 260,530 260,535 260,540 260,545 260,550 265,480 265,485 265,490,
-2.087537E-02,-. 1348932 -2.209111E-02,-. 12973 -.0230962,-.1252082 -2.114897E-02,-.1217017 國.0220788，-,1195736 -2.390657E-02,-.l 140201 墨.0225761,-,1122055 -2.179933E-02，-.1101253 -2.139562E-02, 2.158531E-02, -1.643478E-02, -L958749E-02, -1.939754E-02, -1.826949E-02, -2.026305E-02,. -2.202362E-02,. -2.436031 E-02, -2.718809E-02, -.0241417，-.1223821 -2.479683E-02,-. 1205288 -2.528302E-02,-.l 148855 -2.331241E-02，-.l 127282 -.0224067，-.1051632 -2.020752E-02,-.1019435 -.0210297，-9.833794E-02 -1.659676E-02,-9.372368E-02 -1.935048E-02,-8.980083E-02 - 0189382,-8.617552E-02 -1.541933E-02,-.1438606
.1073827
.105415
.1003619
9.583358E-02
9.208556E-02
1468334
1427665
.1354721
.1308205
.1259352
-1.530347E. -1.725601E--1.868737E--2.173151E--1.941398E--2.0661 SeE-2.015753E-2.232618E-2.166636E-2.388516E-2.132281E-2.202773E-2.140601E-1.588554E-1.542979E-1.802588E-
02， 02， 02, 02, 02, 02, 02， 02， 02, 02, 02, 02, 02， 02, 02, 02， 02,
.1407226 .13411 .1286513 1240713 .1202051 .1184814 .1137388 .1131825 .1001146 9.866629E .9.667017E ■9.255679E 0882856 ■8.421834E 、1432382 .1406821 .1338227
■02 ■02 ■02
-02
15265,49 265,500
265: 265， 265, 265， 265， 265, 265. 265. 265， 265.
,505 510 515 520 525 530 535 540 545 550
270,柳 270,485 270,490 270,495 270,500 270,505 270,510 270,515 270,520 270,525 270,530 270,535 270,540 270.545 270,550 275,480. 275,485 275,490 275,495 275,500
275， 275. 275, 275: 275. 275, 275， 275: 275, 275.
505 510 515 520 525 530 535 540 545 550
280,480 280,485 280,490 280,495
,-1.995542E' ，2.308534E. ，-2.197173E. ，2.248856E. ，-2.417838E. ,2.306142E. ,-.0249269,-. ，-2.382378E. ，-2.542卯9E. ，-2.312841E. ,2.405846E. ,-2.415022E-，-1.448431E-,-1.382559E-，-1.777676E-，-1.993463E-,-2.144882E-,-2.010117E-,2.015883E-，2.140968E-，-2.051012E-,-2.632992E-,2.079661E-,-2.415511E-,2.311926E-，-2.618859E-，2.692719E-,1.367742E-'-1.381182E-,1.875987E-，-.0199933,-. ，2.253413E-,-2.0595 ME-，2.255725E-，2.139402E-，2.733914E-，2.243913E-,2.504036E-，2.348937E-,2.654161E-,2.642153E-，-1.403325E-,-1.251853E-，-1.710421E-,-1.998148E-
'02,
1280845
-02，-.1232635
-02,-.1201796
-02，-. 1182638
.02，-. 1123727
■02,-.1105136
1019848
-02，-. 1002038
-02，-9"02424E-02
-02,-9.411631E-02
02,-.0873619
-02,-8.451534E-02
-02,-. 1428626
.02，-. 1416676
02,-.1340871
02,-. 129056
.02,-. 1240827
02,-.1177589
02,-. 1144824
02,-. 1081349
02,-. 105942
02,-9.811358E-02
02，-9.574076E-02
02,-.0936166
02,-8.826933E-02
02,-8.214676E-02
02,-8.052322E-02
02,-.1408454
02,-.1405134
02,-. 1322542
1263959
02,-.120586
02，-.1158697
02,-.1111838
02,-.1054588
02,-. 1069942
02，-.0958029
02，-9.385468E-02
02,-9.083918E-02
02,-8.752698E-02
02,-8.061812E-02
02，-7.566682E-02
02,-. 140677
02,-. 1406998
02,-.1319062
02,-.1258418280,500 280，505
280,510，-2.058925E-280,515 280,520 280,525 280,530 280,535 280,540 280,545 280,550 285,480 285,485 285,490 285,495 285,500 285,505 285,510 285,515 285,520 285,525 285,530 285,535 285,540 285,545 285,550 290,480 290,485 290,490 290,495 290,500 290,505 290,510 290,515 290,520 290,525 2卯,530' 290,535 290,540 290,545 290,550
、1200018' .1154446 .1107075 .1053695 106644 9.475356E-02 9.395564E-02 8.979063E-02 .0859963 7.939299E-02 7.424264E-02 .1394168 139063
2.315598E-02 2.087472E-02 02
-2.364032E-02 -2.315167E-02 -2.905809E-02 -2.525414E-02 -2.653738E-02. -2.565888E-02: -2.793503E-02: -2.553852E-02: -1.777176E-02, -1.568908E-02， -1.917678E-02,-.1312885 -2.175027E-02,-.1265695 -2.358543E-02,-.1215217 -2.141777E-02,-.1174704 -2.037496E-02,-.l 141524 -.0222722，-. 1094494 -2.176987E-02,-.1059457 -2.880009E-02 -2.486004E-02 -2.583565E-02 -2.604504E-02 -2.862153E-02 -2.633344E-02 -1.973368E-02 -1.713704E-02 -2.013423E-02 -2.040895E-02 -.0233006,-.122284 -2.148039E-02,-.l 19106 -2.029202E-02，-, 1159489 -2.227012E-02,-. 1109485 -2.265525E-02,-.106169 -2.934063E-02，-9.753891E -.0270244,-9.596178E-02 -2.693177E-02,-9.032217E -2.708967E-02,-8.587512E -.0296147,-8.117637E-02 墨2.758221E-02，-7.972796E
9.499151E. 9.4491 lSE-S^SOSE-8.546457E-7.948557E. 7.708284E-.1409752 140029 .1329757 .1283365
02 02 02 02 02 02
.02
.02 -02
.02
以下为根据位移计算得到的应变data文件
11 (774)NRSG11 Strain.dat
245,505,-2.687837E-05，7.913322E-04，-L045761E-04
17245,510,-3.898006E-05，7.536997E-04,-7.094901E-05 245，515，-4.521364E-05，7.165516E-04,-4.639895E-06 245,520,-4.180986E-05，7.059689E-04,3.29934E-05 245,525,-2.869692E-05,6.94111E-04,6.825072E-05 250,505，-1.229021E-05,8.194548E-04,-6.168569E-05 250,510，-3.039122E-05,7,813193E-04,-1.773741E-05 250,515,-4.776428E-05，7.403526E-04,5.975258E-05 250,520,-5.481489E-05，7.299506E-04， 1.017307E-04 250,525,陽5.549634E-05，7.210682E-04,1.396432E-04 255,505,-4.091864E-06，8.437153E-04,-3.565717E-05 255,510,-2.539278E-05,8.075819E-04,1.581154E-05 255，515，-5.29105E-05,7.630093E-04,1.013674E-04 255,520,-6.755664E-05,7.515177E-04,1.483448E-04 255,525,-7.591327E-05,7.446691E-04,1.902616E-04 260，505，-2.167761E-06，8.653839E-04,-5.033156E-06 260,510,-2.269102E-05，8.357606E-04,4.637185E-05 260,515,-5.592406E-05，7.927524E-04,1.321905E-04 260,520,-7.731716E-05,7.838673E-04,1.771649E-04 260,525,-9.052164E-05,7.765736E-04,2.168411E-04 265,505,-5.958858E-06,8.823916E-04,1.410536E-06 265,510,-2.330709E-05,8.613063E-04,5.065481E-05 265,515,-5.830817E-05,8.205519E-04,1.347334E-04 265,520,-8.422102E-05,8.13 83 86E-04,1.75668E-04 265,525,-1.036397E-04，8.056308E-04,2.118097E-04
如图14所示，为应力-应变曲线和二次多项式拟合得到的Tread rubber纯剪
切应力应变曲线。
如图15所示，双轴拉伸的应力应变数据分别有x、 y两个方向，由于材料各 向同性，因此分别将x、 y方向应力应变取平均值，获得材料应力应变曲线。
18
权利要求
1. 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；②双轴拉伸试验，采用十字形试样(6)，十字形试样(6)先于铝片粘结，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；③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。
2. 根据权利要求1所述的轮胎橡胶复杂应力状态力学性能测试的方法，其特征在于单轴拉伸试验，采用哑铃形试样，试验歩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。
3. 根据权利要求2所述的轮胎橡胶复杂应力状态力学性能测试的方法，其特征在于进行单轴拉伸试验时，应消除橡胶材料的Mullins效应和Payne效应。
4. 根据权利要求1所述的轮胎橡胶复杂应力状态力学性能测试的方法，其特征 在于纯剪切试验和双轴拉伸试验时清洗铝片和橡胶粘合面，保证粘合强度。
5. 根据权利要求l所述的轮胎橡胶复杂应力状态力学性能测试的方法，其特征 在于十字形试样(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。
6. 根据权利要求1或5所述的轮胎橡胶复杂应力状态力学性能测试的方法，其 特征在于十字形试样(6)十字交叉处有倒圆角(8)。
7. 根据权利要求1所述的轮胎橡胶复杂应力状态力学性能测试的方法，其特征在于步骤④中所述的图像处理技术包括以下的步骤i、 每隔一段时问自动捕捉，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；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。
8. 根据权利要求7所述的轮胎橡胶复杂应力状态力学性能测试的方法，其特征 在于参考图像在人应变时需要更换，而实际应变需要最后获取得应变加上参考图像的应变。
9. 轮胎橡胶纯剪切试验用夹具，其特征在于该夹具包括夹持口 (3)，夹持口(3)由夹具本体上的两块夹持片构成，夹持口 (3)的下部设有止口 (5)，并在两块夹持片相应的位置上分别设有若干个螺孔(4)，通过螺栓穿设在两块夹持片之间的螺孔(4)内，实现夹持口 (3)夹紧试样。
10. 轮胎橡胶双轴拉伸试验用夹具，其特征在于该夹具包括夹持口 (12)，夹持口 (12)由夹具本体上的两块夹持片构成，夹持口 (12)的下部设有止口(10)，并在两块夹持片相应的位置上分别设有一个螺孔(11)，通过螺栓穿设在两块夹持片之间的螺孔(11)内，实现夹持口 (12)夹紧试样。
全文摘要
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。采用数字图像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。
文档编号G01N33/44GK101477111SQ200810162668
公开日2009年7月8日 申请日期2008年12月8日 优先权日2008年12月8日
发明者危银涛, 尹海山, 胡尧生 申请人:杭州中策橡胶有限公司