[发明专利]一种橡胶疲劳拉伸试验台及橡胶疲劳拉伸试验方法

权利要求书

1.一种橡胶疲劳拉伸试验台，由执行机构、数据采集系统和控制系统三部分组成，其特征在于：所述执行机构包括总体固定架(1)、力传感器(2)、左夹具(3)、右夹具(4)、滑台(5)、支撑杆(6)、丝杠(7)、滑台底座(8)、联轴器(9)、伺服电机(10)；所述左夹具(3)通过固定支架和螺栓安装在力传感器(2)上，力传感器(2)通过螺栓安装在总体固定架(1)的传感器安装立柱上；右夹具(4)通过螺栓安装在滑台(5)上，滑台(5)中间加工有螺纹孔，螺纹孔的两边各有一个光孔；滑台(5)安装在支撑杆(6)和丝杠(7)上，当丝杆(7)转动时，滑台(5)可以带动右夹具(4)左右移动。丝杠(7)通过联轴器(9)与伺服电机(10)的转轴相连；伺服电机(10)通过自带的安装孔安装在滑台底座(8)上；滑台底座(8)通过螺栓固定在总体固定架(1)上；所述控制系统包括数据采集卡、计算机、人机交互界面、PLC控制系统；所述控制系统通过PLC控制系统来控制伺服电机(10)的转速和方向，进而控制左夹具(3)和右夹具(4)对橡胶试样进行加载；所述数据采集系统包括电源、ART数据采集卡、电路放大器，所述电路放大器与力传感器(2)相连，所述ART数据采集卡通过通讯接口与USB相连。

2.根据权利要求1所述的橡胶疲劳拉伸试验台，其特征在于：所述力传感器(2)用于测量橡胶试样初始受力，保证初始受力的值尽量小；为了保护试验台，所述滑台(5)往返时有0.1s的停顿，减小惯性冲击。

3.根据权利要求1所述的橡胶疲劳拉伸试验台，其特征在于：在所述人机交互界面下方设有正弦波、三角波、方波三种加载模块，中部设有初始行程、行程、周期、螺纹轴直径、螺距参数输入模块，上部设有启动、回零、清零模块，右上角设有速度实时监测模块；通过在人机交互界面上设置参数。

4.根据权利要求1所述的橡胶疲劳拉伸试验台，其特征在于：所述力传感器(2)，最大可以测量5000N的力，力传感器(2)的信号通过ART数据采集卡采集并传输到计算机。

5.一种采用如权利要求1-4所述的橡胶疲劳拉伸试验台的橡胶疲劳拉伸试验方法，其特征在于，

步骤1，在所述橡胶疲劳拉伸试验台上试验获取多组不同伸长比的橡胶试件的裂纹生长速率dl/dN；

步骤2，选取Thomas模型作为橡胶材料的疲劳模型：T_max＝2k(λ)lE₀，获得多组不同伸长比的橡胶试件的最大撕裂能，其中T_max是周期循环中出现的最大撕裂能，E₀为没有预置切口的橡胶试件的应变能密度，l为预置切口的长度，λ为伸长比(λ＝1+ε，ε为应变)；

步骤3，在多组不同伸长比的试件得到裂纹扩展速率dl/dN和撕裂能T_max之后，通过最小二乘法将模型转化成对数形式lg(dl/dN)＝lgB+FlgT_max，得到参数B、F；

步骤4，将用户指定参数与试验得到的参数代入橡胶材料从初始裂纹l₀扩展到失效裂纹lc的疲劳寿命公式N：

即得。

6.根据权利要求5所述的橡胶疲劳拉伸试验方法，其特征在于，所述步骤1分为：

步骤1a，选取片状橡胶试样，在所述运动执行机构上夹紧固定，所述左夹具(3)和右夹具(4)的距离为20mm，所述力传感器(2)测得的橡胶初始受力的值尽量小；

步骤2b，在试验前，通过所述人机交互界面在所述PLC控制器编程，设定加载模块以及参数输入模块，设定所述滑台(5)在往返时有0.1s的停顿，减小惯性冲击；

步骤3c，在所述人机交互界面按下启动模块，所述控制系统通过所述PLC控制器根据用户输入的参数控制所述运动执行机构对橡胶试样进行循环加载；

步骤4d，循环试验开始之后，当循环一定次数时，通过刻度观察到裂纹增长到2mm左右时，按下停止按钮，取出橡胶试片，通过上面的刻度精读出裂纹增长的长度l，并查看人机交互界面上的循环加载次数N，则该试片的裂纹增长速度的计算公式为

7.根据权利要求5所述的橡胶疲劳拉伸试验方法，其特征在于，步骤2中，运用有限元仿真软件ABAQUS，根据试验参数构建橡胶试样有限元模型，模拟获得无预置切口的橡胶受拉时的应力、应变分布，并且可以直接在有限元软件中计算得到多组不同伸长比的橡胶试件的应变能密度E₀。