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2023 年 第 4 期 化学工程与装备 2023 年 4 月 Chemical Engineering&Equipment 25 不同厚径比对高阻尼橡胶材料减震的影响 不同厚径比对高阻尼橡胶材料减震的影响 马鸿川（烟台橡研材料科技有限公司，山东 烟台 265700）摘 要：摘 要：为掌握高阻尼橡胶材料的减震性能，开展不同厚径比对高阻尼橡胶材料减震的影响研究。设计高阻尼橡胶样品制备比例，制备高阻尼橡胶材料试验样品；基于落锤试验检测材料所受到的冲击力。根据试验中材料的形变、吸能率，分析材料的缓冲性能与吸能性能。通过试验证明，高阻尼橡胶材料厚径比与其减震性能呈现正向关系，随着厚径比的增加或材料厚度的增加，其减震性能越佳。关键词：关键词：厚径比；力学模型；影响；减震；橡胶材料；高阻尼 引 言 引 言 新型桥梁减振装置中的高阻尼材料的隔震支座，不仅不会对环境造成污染，而且还能在强烈的地震中保护建筑和桥梁结构的安全1。因此，对其性能进行开发研制意义重大。在宽温区，高阻尼橡胶材料因其阻尼特性好，因而被广泛地用作减振材料2。目前，工程方已研制成功了基于硫黄硫化天然橡胶/异戊烯/顺丁橡胶（50/30/20 质量比）的宽温区高阻尼橡胶。此类材料是一种具有较高弹性、黏性和流体性质的材料，此种材料可以在结构抗震、仪表减震等领域内应用，通过加入高阻尼橡胶材料作为填充物，可以提高本体结构抗冲击和吸收能力，为进一步掌握高阻尼橡胶材料的抗震性能，本文将开展不同厚径比对高阻尼橡胶材料减震的影响研究。1 试验原材料与制备 1 试验原材料与制备 为满足高阻尼橡胶材料减震试验需求，需要在开展相关研究前，进行试验原材料的准备与高阻尼橡胶样品的制备3。试验原材料构成如下表 1 所示。表 1 高阻尼橡胶样品制备原材料 表 1 高阻尼橡胶样品制备原材料 原材料 生产公司 牌号 天然橡胶 景泰绿色产业有限公司 SCR-10 异戊橡胶 Zeon 公司 2200 顺丁橡胶 巴陵石化公司 9000 石油树脂 恒河石油化工股份有限公司 YH-2101 ZnO 菱湖涂料有限公司 BA01-05（I）硬脂酸 华润油脂化学有限公司 800 XS 硫黄 金璜化工有限公司 完成对高阻尼橡胶样品制备原材料的准备后，按照下述比例，进行试验样品的制备。表 2 高阻尼橡胶样品制备比例 表 2 高阻尼橡胶样品制备比例 原材料 比例（%）天然橡胶 50 异戊二烯 30 丁二烯橡胶 20 石油树脂 50 氧化锌 5 硬脂酸 1 N 110 60 硫 2.5 图 1 高阻尼橡胶材料受力时的分子状态 图 1 高阻尼橡胶材料受力时的分子状态 按照上述表 2 所示的配方与比例，将原材料放置在密炼机中，进行材料的塑炼。同时，在其中加入辅助性材料，包括硫磺、树脂等，在开炼机中进行样品薄片的制备4。完成DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.04.05826 马鸿川：不同厚径比对高阻尼橡胶材料减震的影响 制备后将样品静置 24 小时，并将其放入模具中，在温度为150 摄氏度、10MPa 的条件下，进行样品薄片的硫化处理，持续 30min40min，即可得到高阻尼橡胶材料试验样品。在没有外力的情况下，橡胶中的链状分子呈不规则地弯曲，受到外力的影响，其内部会出现如下图 1 所示的结构6。2 基于落锤试验的材料减震测试方法 2 基于落锤试验的材料减震测试方法 完成上述设计后，通过落锤试验，进行高阻尼橡胶材料本体结构减震性能的测试10。用于描述材料减震性能的方法包括缓冲曲线、吸能曲线，缓冲曲线可以直接通过落锤实验得到，主要反映了高阻尼橡胶材料本体结构的缓冲作用，以及材料对特定缓冲结构的反应。能量吸收曲线是指在一定的应变速率下，材料的能量吸收特性是由材料的应力-应变曲线决定的。在此基础上，利用缓冲曲线方法对撞击过程中材料的缓冲特性进行分析、应用能量吸收方法对分离 SHPB 撞击后的吸能特性进行描述，即可掌握材料的减震特性。试验过程中，使用加速度传感器，采集落锤的重力加速度，得到材料所受到的冲击力。此过程如下计算公式所示。（1）式中：V 表示高阻尼橡胶材料在落锤试验中所受到的冲击力；A 表示落锤的重力加速度；t 表示冲击时间。将高阻尼橡胶材料样品在受力后的缓冲性能与吸能性能作为检验其减震能力的评价指标，为确保指标的量化，可根据材料的形变作为分析高阻尼橡胶材料缓冲性能的依据。同时，将高阻尼橡胶材料吸能率作为分析其吸能性能的依据。对高阻尼橡胶材料的吸能率进行计算，计算公式如下。（2）式中：E 表示高阻尼橡胶材料的吸能率；表示收缩应变量；表示吸收能量值；表示锤击能量值；m表示落锤质量。通过上述内容，完成基于落锤试验的材料减震测试方法设计。3 试验结果与结论 3 试验结果与结论 3.1 缓冲性能分析 图 2 缓冲性能试验结果 图 2 缓冲性能试验结果 设置三组试验，三组试验中高阻尼橡胶材料的厚径比分别为 1.0、2.0、3.0，对厚径比为 1.0 高阻尼橡胶材料，使用不同重量（1.0kg、2.0kg、5.0kg）的落锤对其进行锤击，以此类推，进行厚径比为 2.0、3.0 高阻尼橡胶材料的缓冲性能试验。将高阻尼橡胶材料的位移变形量作为测试指标。统计测试结果，如图 2 所示。上述图 2 中，（3）中三条直线由上到下依次表示 5.0kg、2.0kg、1.0kg 的落锤，对厚径比为 1.0 高阻尼橡胶材料进行锤击试验，所得到的高阻尼橡胶材料位移变化量；（2）中三条直线由上到下依次表示 5.0kg、2.0kg、1.0kg 的落锤，对厚径比为 2.0 高阻尼橡胶材料进行锤击试验，所得到的高阻尼橡胶材料位移变化量；（1）中三条直线由上到下依次表示 5.0kg、2.0kg、1.0kg 的落锤，对厚径比为 3.0 高阻尼橡胶材料进行锤击试验，所得到的高阻尼橡胶材料位移变化量。从上述图 2 所示的实验结果可以看出，在锤击试验中，当高阻尼橡胶材料厚径比不变时，随着锤击质量的增加，高阻尼橡胶材料位移变化量增加；当锤击质量不变时，高阻尼橡胶材料厚径比增加，材料位移变化量增加。当厚径比为3.0，锤击质量达到 5.0kg 时，高阻尼橡胶材料的变形量达到最大。说明高阻尼橡胶材料厚径比与其减震性能呈现正向关系。即随着厚径比的增加或材料厚度的增加，其减震性能越佳。3.2 吸能性能分析 完成上述试验后，按照上述条件，进行高阻尼橡胶材料的吸能性能分析。根据试验中相关参数与条件，计算高阻尼橡胶材料吸能率。统计计算结果如下表 3 所示。表 3 高阻尼橡胶材料吸能率统计结果 表 3 高阻尼橡胶材料吸能率统计结果 高阻尼橡胶材料厚径比 锤击质量（kg）吸能率（%）1.0 15.6 2.0 18.5 1.0 5.0 20.1 1.0 19.5 2.0 29.6 2.0 5.0 37.1 1.0 28.7 2.0 45.6 3.0 5.0 65.8 从上述表 3 所示的试验结果可以看出，在高阻尼橡胶材料厚径比不变的条件下，随着锤击质量的增加，高阻尼橡胶材料吸能率增加；在锤击质量不变的条件下，随着高阻尼橡胶材料厚径比的增加，材料吸能率增加。（下转第 37 页）（下转第 37 页）赵洋洋：双钙钛矿 Cs2BI6(B=Ti、Zr、Hf)电子结构和光学性质的第一性原理研究 37 3 结束语 3 结束语 本文通过第一性原理计算研究了 Cs2BI6（B=Ti、Zr、Hf）的电子结构和光学性质，并研究了 I 离子缺陷对于体系性质的影响，发现 Cs2BI6 为间接带隙半导体，带隙大小与B 位离子局域化强度相关，随着 B 为离子半径增大局域化强度增强，体系的带隙逐渐增大。当引入 I 离子缺陷使对称性发生破缺时，体系发生半导体-导体相变，费米面附近能级跃迁效应消失，吸收光谱向高能端急剧移动，此时宏观晶体应表现出光学透明特征，为实验合成的现象观察提供参考依据。通过对 Cs2TiI6和 Cs2ZrI6电子结构的对比，发现存在掺杂改性的条件。Cs2HfI6在可见光范围几乎没有光吸收效果。以上结果为双钙钛矿光伏材料的掺杂改性和层间堆叠提供理论依据，在以后的研究中我们会进一步的研究 Cs2TiI6和Cs2ZrI6掺杂效果和其在应力作用下物理性质的变化规律。参考文献 参考文献 1 Xiaoming Zhao,Tianran Liu,et al.Accelerated aging of all-inorganic,interface-stabilized perovskite solar cellsJ.Science,2022,377:307-310.2 李敏,徐广义,李强,等.双钙钛矿 Ba2FeSbO6的水热合成及磁性质J.山东化工,2015,44(07):34-36.3 姚盼盼,王玲瑞,王家祥,等.高压下非铅双钙钛矿Cs2TeCl6的结构和光学性质J.物理学报,2020,69(21):187-193.4 Siyuan Sheng,Yangyang Zhao.First-principles study on the electronic and optical properties of strain-tuned mixed-halide double perovskites Cs2TiI6-xBrxJ.2021,626:413522.5 Xga B,Ba C,Ga D,et al.The Abinitproject:Impact,environment and recent developments Science DirectJ.Computer Physics Communications,2020,248:107042.6 Jollet F,Torrent,et al.Generation of Projector Augmented-Wave atomic data:A 71 element validated table in the XML formatJ.COMPUTER PHYSICS COMMUNICATIONS,2014.（上接第 26 页）_（上接第 26 页）_ 当厚径比为 3.0，锤击质量达到 5.0kg 时，高阻尼橡胶材料的吸能率达到最大。4 结束语 4 结束语 本文通过建立高阻尼橡胶材料本体结构力学模型、基于落锤试验的材料减震测试方法等，完成了不同厚径比对高阻尼橡胶材料减震的影响研究，通过试验证明了高阻尼橡胶材料厚径比与其减震性能呈现正向关系。即随着厚径比的增加或材料厚度的增加，其减震性能越佳。因此，要实现对高阻尼橡胶材料在市场相关领域内的推广使用，发挥材料更优的性能，可在现有工作的基础上，增加高阻尼橡胶材料的厚径比，即增加高阻尼橡胶材料的厚度，使材料在结构中具有更强的减震性能。但此次试验受到时间的影响，没有进行不同冲击力下的高阻尼橡胶材料减震性能试验，在后续的研究中，将进一步对此次试验进行深化，以掌握不同情况下的材料具体性能。参考文献 参考文献 1 郑杰,顾冉星,贾俊峰,等.高阻尼橡胶隔震支座力学性能研究及其桥梁工程应用进展J.防灾科技学院 学报,2022,24(02):1-15.2 杨建明,乔兰,李庆文,等.厚径比对高阻尼橡胶材料的缓冲吸能特性实验J.哈尔滨工业大学学报,2021,53(05):165-172.3 马玉宏,邱洁鹏,刘用奇,等.基于高阻尼橡胶支座及墩柱劣化的近海隔震桥梁地震响应分析J.长安大学学报(自然科学版),2021,41(02):23-33.4 王江来,金淑茜,康艳武,等.基于高阻尼橡胶支座双折线与速度相关模型的结构响应对比J.土木工程与管理学报,2021,38(02):77-83+90.5 丁永刚,李政,王建强.高阻尼橡胶支座压缩-水平双向剪切作用下力学性能试验研究J.工程抗震与加固改造,2021,43(04):128-132+159.6 刘荣,马玉宏,赵桂峰,等.老化-海蚀循环作用下高阻尼橡胶隔震支座橡胶材料性能劣化规律J.材料导报,2020,34(04):4166-4173.7 魏威,袁涌,谭平,等.考虑压力影响的高阻尼