橡胶垫板与复合垫板疲劳性能检测-ag真人平台

橡胶垫板与复合垫板疲劳性能检测技术研究

橡胶垫板与复合垫板作为关键工程构件，广泛应用于轨道交通、桥梁支座、建筑隔震及机械工程等领域。其疲劳性能直接决定了产品的使用寿命与设备的安全可靠性。疲劳性能检测旨在模拟材料在实际工况下的长期交变受力状态，评估其抗疲劳损伤能力与耐久性极限。

一、 检测项目与方法原理

疲劳性能检测的核心在于通过施加循环载荷，观测材料性能的衰变过程，直至失效。主要检测项目与方法如下：

1. 压缩疲劳试验

   • 原理：对试样施加恒定振幅或变振幅的循环压缩载荷，模拟产品在长期受压状态下的性能变化。通过监测试样的永久变形（压缩永久变形率）、刚度变化、温升及表面裂纹的产生与扩展，来评价其疲劳寿命。

   • 方法：通常采用控制载荷或控制位移的模式。记录试样在经历一定循环次数（如10^5, 10^6次）后的高度变化、裂纹情况，或直至试样完全破坏时的总循环次数。

2. 压缩剪切疲劳试验

   • 原理：此方法更贴近于桥梁支座、隔震支座等产品的实际工况。在施加轴向压缩载荷的同时，施加水平方向的循环剪切位移或力，模拟结构在承受竖向荷载时发生的水平变形。

   • 方法：通过伺服液压或电动伺服系统，实现轴向与水平向的联动加载。监测在不同剪切应变幅值下，产品的刚度退化、能量耗散能力变化以及橡胶层与钢板粘接界面是否出现脱层等现象。

3. 屈曲疲劳试验

   • 原理：主要用于评估在高压应力下，垫板可能发生屈曲失稳的疲劳性能。该方法考察产品在接近其承压极限状态下的动态稳定性与耐久性。

   • 方法：对试样施加较高的静态轴向载荷，使其处于接近屈曲的临界状态，再叠加一个较小的循环载荷，观察其是否发生疲劳屈曲及相关的损伤。

4. 动态热疲劳试验

   • 原理：橡胶材料在反复变形中，因内耗会产生热量，导致温度升高（温升）。温升会加速橡胶的老化，从而显著影响疲劳寿命。此项目专门评估材料的生热性能。

   • 方法：在恒温箱中进行压缩或剪切疲劳试验，利用热电偶或红外测温仪实时监测试样关键部位（如中心区域）的温度变化，直至达到热平衡或规定温升。

二、 检测范围与应用需求

不同应用领域对垫板疲劳性能的要求各有侧重：

1. 轨道交通：轨道用橡胶垫板需承受列车轮轨的长期冲击与振动。检测重点在于高频次、小振幅下的压缩疲劳与动静刚度比变化，确保轨道几何形态的长期稳定。

2. 桥梁工程：桥梁支座用复合垫板需承受恒定的静载与活载（如风载、车辆制动荷载）引起的剪切变形。检测核心为压缩剪切疲劳，验证其在设计位移幅值下的使用寿命。

3. 建筑隔震：建筑隔震支座对疲劳性能要求极高，需确保在大地震（罕遇地震）后仍能正常工作。检测需模拟大剪切应变（如100%至250%应变）下的低周疲劳性能，评估其极限变形能力和滞回曲线的稳定性。

4. 机械设备：用于机械设备减振的垫板，需根据设备的振动频率与振幅，进行特定工况下的压缩或剪切疲劳测试，以保证设备基础的稳定性和减振效果的持久性。

三、 检测标准与规范

国内外已建立一系列标准以规范垫板的疲劳性能检测：

• 标准：

  • iso 22762《 elastomeric seismic-protection isolators》：对隔震支座的压缩剪切疲劳试验方法、循环次数、性能容许变化范围作出了详细规定。

  • en 1337-3《structural bearings - part 3: elastomeric bearings》：规定了欧洲地区弹性支座的测试要求，包括疲劳测试。

• 中国标准：

  • gb/t 20688.1《橡胶支座 第1部分：隔震橡胶支座试验方法》：等效采用iso标准，详细说明了压缩剪切疲劳试验的流程与评价指标。

  • tb/t 2626《铁路混凝土桥梁支座》：对铁路桥梁支座的疲劳性能测试提出了具体要求。

  • gb/t 21527《轨道交通扣件系统弹性垫板》：规定了轨道垫板的静态和疲劳性能测试方法，包括压缩疲劳试验。

  • jg 118《建筑隔震橡胶支座》：对建筑隔震支座的力学性能，包括疲劳性能，提出了明确的技术要求和试验方法。

四、 检测仪器与设备功能

实现上述检测项目需依赖高精度的仪器设备：

1. 电液伺服疲劳试验机：

   • 功能：这是进行压缩、压缩剪切及屈曲疲劳试验的核心设备。它通过伺服阀精确控制液压作动器，能够实现高频率、高载荷的长期稳定循环加载。系统通常配备多个作动器，可进行多轴（如竖向和水平向）同步协调加载，以模拟复杂受力状态。

2. 动态力学分析仪（dma）：

   • 功能：主要用于材料级别的研究，可在不同频率、温度和应变幅值下，精确测量橡胶材料的动态模量、阻尼（tanδ）等参数。这些数据是预测材料疲劳性能和生热特性的重要依据。

3. 高低温环境箱：

   • 功能：与疲劳试验机联用，为测试提供恒定的或可程序控制的环境温度。用于研究温度对橡胶垫板疲劳性能的影响，以及进行动态热疲劳试验。

4. 数据采集与控制系统：

   • 功能：实时采集载荷、位移、应变、温度等信号，并精确控制试验过程。通过专用软件，可设置复杂的加载波形（正弦波、方波、三角波或自定义波形），并自动记录和分析试验数据，如绘制应力-应变滞回曲线、计算刚度退化率等。

5. 辅助测量工具：

   • 功能：包括非接触式视频引伸计（用于精确测量大变形下的剪切位移）、红外热像仪（用于全场温度监测）、裂纹观测显微镜等，为疲劳损伤的评估提供多维度数据支持。

综上所述，橡胶垫板与复合垫板的疲劳性能检测是一个系统性的工程，需根据具体应用场景选择合适的检测项目与方法，严格遵循相关标准，并借助先进的检测仪器，方能科学、准确地评价产品的长期耐久性与安全可靠性，为工程设计、产品研发与质量控制提供关键数据支撑。