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金属橡胶材料的概念与应用前景

2017-06-09 16:13:59来源: 作者:xdnet

    目前,广泛应用的减振材料为粘性液体和弹性固体特性的粘弹性材料。最常用的粘弹性材料是高分子聚合物,由小而简单的化学单元重复集合而成,这些化学单元是由分子链在三维方向如树枝状连在一起,成千上万个分子共聚或缩聚而成高分子聚合物。在机械工程中常用的隔振器主要有弹簧隔振器、橡胶隔振器及弹簧与橡胶组合型隔振器等。弹簧隔振器阻尼性较差,适用的工作频率范围较低,因此应用受到了一定的限制。橡胶隔振器阻尼性能良好,最大阻尼比可达0.23左右,且加工方便,可制备成各种复杂形状,但橡胶隔振器不适合高低温度及腐蚀环境下的隔振,而且耐油性差、耐湿性差、易老化以及真空挥发等缺点。

    金属橡胶技术起源于二十世纪七十年代的前苏联,为了解决航空航天及国防等空间环境下的阻尼减振、节流、密封等疑难问题,提出了利用金属螺旋卷相互嵌合构成的多孔网状材料制备具有不同性能的结构件。在最初的十年里,研究工作主要集中在以阻尼减振为目的金属橡胶隔振器的制备工艺和分析方法。八十年代中期,利用金属橡胶构件解决高低温、大温差、强辐射及腐蚀环境下的阻尼减振问题获得了巨大成功,在一定程度上推动了俄罗斯国防建设的进步和发展。在此基础上,利用金属橡胶构件的毛细多孔性能,开展了金属橡胶技术在密封、节流、过滤领域的应用研究,使金属橡胶构件在空间环境下的广泛应用达到了顶峰,金属橡胶技术也因此成为绝对保密的国防关键技术。


    由于金属橡胶构件以金属丝为原材料,不含有任何普通橡胶,却具有普通橡胶一样的弹性和多孔性,所以它特别适合高温、低温、大温差、腐蚀等工况下的阻尼减振、节流、密封。金属橡胶构件在特殊环境下表现出的优良性能是其它构件所无法比拟的。俄罗斯利用金属橡胶技术解决了很多国防及航空航天领域的疑难问题,金属橡胶构件被誉为推动俄罗斯国防和航空航天技术进步的功勋元件。也正因为金属橡胶技术在俄罗斯的国防、航空航天发挥着巨大的作用,所以其关键技术始终处于绝对保密状态。

    在金属橡胶材料内部,金属丝之间的接触点的数目决定了金属橡胶构件的干摩擦阻尼性能。外界载荷的作用不仅使金属橡胶构件中接触点的数目发生变化,而且使构件的刚度和阻尼也发生了相应的非线性变化。金属橡胶材料的内部结构是金属丝相互交错勾联形成的类似橡胶高分子结构那样的空间网状结构,它受到振动位移时,金属橡胶的干摩擦阻尼可耗散大量能量而起到减振作用。对于圆柱型元件来说,当外界载荷沿着构件的轴线方向作用时,材料内部层面之间的接触区域将增加;当载荷沿着剪切方向作用时,接触层面之间发生相对滑移,接触面积也会发生变化。各层面之间的相对滑移形成了金属橡胶材料内部的干摩擦阻尼,耗散了外界载荷的振动能量。

    在导弹武器系统中的应用前景

    1)完善金属橡胶的理论研究

    由于金属橡胶是一种新型的隔振阻尼材料,在理论方面还不是很完善。此材料是一种多孔材料,建立数学模型和物理模型都是具有一定难度的课题。对于实用性而言,在实际的设计生产过程中利用试验来进一步验证数学模型和物理模型的正确性,并可进一步为所建立的模型进行修正。

    2)发射车舱体内仪器减振器

    就地面设备而言,对发射车和运输车上舱体、舱体内部仪器的阻尼减振、前托座和中托座处的缓冲减振进行细致研究。根据舱体及舱体内部仪器对隔振频率的要求,制备出满足一定工况需要的样件。同时在制备的过程中针对每种隔振频率进行金属橡胶设计制作优化,使设计制作更加具有科学性。要对金属橡胶的制备进行优化,减少人为参与为产品的系列化以及稳定性提供良好的基础。

    3)弹上仪器阻尼减振器

    根据地面金属橡胶阻尼减振器的研制生产,对于弹上产品而言,除了惯性元件的隔振阻尼系统设计比较复杂外,其它弹上仪器的减振只是针对其隔振的频率范围来进一步确定隔振器的制备工艺。目标就是使金属橡胶无论在地面还是弹上都发挥其优越的隔振阻尼性能。这对提高整个导弹武器系统的应用可靠性以及维修保障性都是一个很大的促进。此项研究使金属橡胶的制备和生产更加具有科学化,使理论分析更加完善化和准确化。金属橡胶在整个导弹武器系统中的应用将使武器系统的科技含量有所提高,使整个武器系统运行的可靠性上升到一个新的水平。

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