基于裂纹形核理论的橡胶制品疲劳研究*

李志超，危银涛，金状兵，王 昊，何 园,4

(1.湖南工业大学 机械工程学院，湖南 株洲 412007;2.清华大学 汽车安全与节能国家重点实验室，北京 100084;3.湘潭大学 土木工程与力学学院，湖南 湘潭 411105;4.西安交通大学 航天航空学院，陕西 西安 710049)

橡胶制品的疲劳寿命评估一直是橡胶产品设计棘手的难题，目前工程上广泛应用的方法是疲劳寿命S-N曲线法[1-2]和基于断裂力学的疲劳裂纹扩展方法[3-7]。S-N曲线法是一种基于物理实验了解材料疲劳特性的方法，该方法能有效预测橡胶产品的疲劳寿命，但需要建立庞大的疲劳实验数据库，实验非常耗时耗资，且只能在产品开发的后期进行，产品疲劳设计风险系数颇高。因此，国内外学者均试图从理论上对橡胶材料的疲劳评估提供保证。近年来针对橡胶制品处于多轴复杂周期载荷作用的疲劳估算方法出现了许多新的分析模型，但由于橡胶的大变形引发的应力应变复杂性，加之结构形状、环境甚至材料的分散性等众多因素的影响,尚未形成统一的橡胶材料疲劳估算理论。目前使用比较广泛的疲劳估算理论主要有等效应变法、能量法、等效应力法以及临界面法[8-12]。

基于开裂能理论的橡胶疲劳分析方法是MARS[13]于2001年提出的一种新的橡胶疲劳分析与预测理论，该理论能够解析橡胶的多轴疲劳规律，有效结合断裂力学方法和S-N的曲线方法的优点，减少了疲劳表征的难度和工作量，且具有临界面的特征，可同时预测疲劳寿命和裂纹萌生方向，为快速进行橡胶构件的疲劳设计和评估提供了一种有效的途径。……