Оценка динамических характеристик вибродемпфирующих материалов для обеспечения благоприятной среды обитания человека
https://doi.org/10.22227/2311-1518.2025.4.83-92
Аннотация
В связи со строительством линий метрополитена мелкого заложения, транспортных магистралей, трамвайных и железнодорожных линий вибрационное воздействие на человека и среду его обитания значительно увеличилось. В настоящее время для защиты от негативного вибрационного воздействия используются как конструкции виброизоляторов, так и различные упругие строительные материалы. От качества материалов зависит в дальнейшем эффективность гашения вибрационных воздействий. Поэтому данная работа направлена на проведение сопоставительной оценки физико-механических характеристик резин при статическом и динамическом сжатии, необходимых для расчетов и конструирования виброизоляторов и сейсмоизоляторов, а также для идентификации феноменологических моделей материала. Исследованы четыре материала: резины марок ИРП-1346 и ИРП-1347, резина марки ТМКЩ и композит на основе резиновой крошки (РК), связанной полимерным связующим. Испытания выполнены на пульсаторе при статическом нагружении (управление перемещением) и при гармоническом воздействии с частотами 5, 10 и 20 Гц. По результатам определены удельная нагрузка и относительная деформация, статический модуль упругости, динамическая жесткость, комплексный модуль упругости и его составляющие (E′ и E″), фазовый сдвиг, тангенс угла потерь, а также энергетические показатели за цикл. Установлено, что ТМКЩ демонстрирует максимальную жесткость в статике и динамике, ИРП-1347 занимает промежуточное положение, ИРП-1346 характеризуется меньшей жесткостью при сопоставимых деформациях, а материал на основе крошки — наименьшей жесткостью и повышенной вариативностью параметров. Показано выраженное влияние амплитуды деформации на E′, E″ и tan δ, соответствующее нелинейному поведению наполненных эластомеров; при повышении частоты и деформации для ряда материалов возрастает доля потерь, что может быть использовано для повышения демпфирования в вибро- и сейсмозащите при условии контроля температурных и долговременных эффектов.
Об авторе
В. А. Смирнов
Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии строительных наук (НИИСФ РААСН)
Россия
Россия
Владимир Александрович Смирнов — канд. техн. наук, доцент кафедры СиТМ; ведущий научный сотрудник
129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26;
127238, г. Москва, Локомотивный пр-д, д. 21
ResearcherID: N-6846-2016
Список литературы
1. EN 15129:2018. Anti-seismic devices. URL: https://iteh-standards.uc.r.appspot.com/catalog/standards/cen/78c174c4-d9ec-422e-ae7c-88fab162c80e/en-15129-2018/
2. Warn G.P., Ryan K.L. A Review of Seismic Isolation for Buildings: Historical Development and Research Needs // Buildings. 2012. No. 2 (3). Рр. 300–325. DOI: 10.3390/buildings2030300
3. Aghaeidoost V., Billah A.H.M.M. An advanced rate-dependent analytical model for lead rubber bearings // Earthquake Engineering and Structural Dynamics. 2024. No. 53 (6). Pр. 1961–1981. DOI: 10.1002/eqe.4100. EDN WXZVFS
4. Akhtar A.Ya., Tsang h.Ho. Dynamic properties of recycled polyurethane-coated rubber-soil mixtures // Case Studies in Construction Materials. 2023. No. 18. Р. e01859. DOI: 10.1016/j.cscm.2023.e01859. EDN ASHTWR.
5. Sun X., Thompson D. Measurement, Modeling, and Analysis of the Dynamic Properties of Resilient Elements Used for Vibration Isolation // Journal of Vibration and Acoustics, Transaction of the ASME. 2023. No. 145 (6). Р. 060801. DOI: 10.1115/1.4064541. EDN DDESUT.
6. Kari L. On the dynamic stiffness of preloaded vibration isolators in the audible frequency range: Modeling and experiments // Journal of the Acoustical Society of America. 2003. No. 113 (4). Рр. 1909–1921. DOI: 10.1121/1.1557214. EDN LRQUZZ.
7. Kari L. Dynamic Stiffness Matrix of a Long Rubber Bush Mounting // Rubber Chemistry and Technology. 2002. No. 75 (4). Рр. 747–770. DOI: 10.5254/1.3545000
8. ГОСТ 59940–2021. Системы виброизоляции зданий и сооружений. Методы испытаний вибродемпфирующих материалов. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200182116
9. Cortazar-Noguerol Ju., Cortés F., Sarría I., Elejabarrieta MJ. Preload Influence on the Dynamic Properties of a Polyurethane Elastomeric Foam // Polymers. 2024. No. 13. Р. 1844. DOI: 10.3390/polym16131844. EDN ZVGLFO.
10. Li G., Wu L., Zhang Sh., Liu F. Frequency dependence prediction and parameter identification of rubber bushing // Scientific Reports. 2022. No. 12 (1). Р. 863. DOI: 10.1038/s41598-022-04839-2. EDN IVQCWM.
11. Tsang H.Ho., Tran D.Ph., Hung W.Yi., Gad E.F. Geotechnical seismic isolation based on high-damping polyurethane: centrifuge modelling // Bull Earthquake Engineering. 2024. No. 22 (4). Рр. 2001–2023. DOI: 10.1007/s10518-023-01842-4. EDN POQMIV.
12. Yin B., Jiao X., Wen H., Li Ya., Li M. Effect of Prestrain on Payne Effect and Hysteresis Loss of Carbon-Black-Filled Rubber Vulcanizates: Measurements and Modeling // Polymers. 2024. No. 16 (3). Р. 436. DOI: 10.3390/polym16030436. EDN IPPMVO.
13. Jalocha D. Payne effect: A Constitutive model based on a dynamic strain amplitude dependent spectrum of relaxation time // Mechanics of Materials. 2020. Vol. 148. Р. 103526. DOI: 10.1016/j.mechmat.2020.103526
14. Hentschke R. The Payne effect revisited // eXPRESS Polymer Letters. 2017. No. 11 (4). Рр. 278–292. DOI: 10.3144/expresspolymlett.2017.28. EDN YWUUYT.
15. Song Y., Xu Zh., Zheng Q., Wang W. Payne effect of carbon black filled natural rubber nanocomposites: Influences of extraction, crosslinking, and swelling // Journal of Rheology. 2021. No. 65 (5). Рр. 807–820. DOI: 10.1122/8.0000270. EDN HWFFNM.
16. Robertson C.G., Hardman B.J. Nature of Carbon Black Reinforcement of Rubber. Perspective on the Original Polymer Nanocomposite // Polymers. 2021. No. 13 (4). Р. 538. DOI: 10.3390/polym13040538. EDN KECSNR.
17. Hao D., Li D., Liao Y. A finite viscoelastic constitutive model for filled rubber-like materials // International Journal of Solids and Structures. 2015. No. 64, 65. Рр. 232–245. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2015.04.002
18. Wollscheid D., Lion A. Predeformation- and frequency-dependent material behaviour of filler-reinforced rubber: Experiments, constitutive modelling and parameter identification // International Journal of Solids and Structures. 2013. No. 50 (9). Рр. 1217–1225. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2012.12.015
19. Diani J., Fayolle B., Gilormini P. A review on the Mullins effect. European Polymer Journal. 2009. No. 45 (3). Рр. 601–612. DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2008.11.017. EDN KPBXQT.
20. Bokobza L. Elastomer Nanocomposites: Effect of Filler-Matrix and Filler-Filler Interactions // Polymers. 2023. No. 15 (13). Р. 2900. DOI: 10.3390/polym15132900. EDN VPJOAH.
21. Revelo C.F., Correa M., Agular C., Colorado H.A. Composite materials made of waste tires and polyurethane resin: A case study of flexible tiles successfully applied in industry // Case Studies in Construction Materials. 2021. No. 15. Р. e00681. DOI: 10.1016/j.cscm.2021.e00681. EDN CNCSAG.
22. Meza-Muñoz A.O., Rivas-Ordoñez F.S., Madera-Sierra I.E., Rojas-Manzano M.A., Patino-Reyes E.D., Salmerón-Becerra M.I. et al. Development of a Matrix for Seismic Isolators Using Recycled Rubber from Vehicle Tires // Polymers. 2024. No. 16 (21). Р. 2977. DOI: 10.3390/polym16212977. EDN HPFGWM.
23. Yun J., Mazumder M., Na Il.Ho., Lee M.S., Kim H.H. Evaluation of Effect of Thermoplastic Polyurethane (TPU) on Crumb Rubber Modified (CRM) Asphalt Binder // Materials. 2022. No. 15 (11). Р. 3824. DOI: 10.3390/ma15113824. EDN WQYEYG.
24. ТУ 38.0051166–98. Смеси резиновые для резинотехнических изделий авиационной техники.
25. ГОСТ 7338–90. Пластины резиновые и резинотканевые. Технические условия : утв. постановлением Госстандарта СССР от 13 июня 1990 г. № 1528.
Рецензия
Для цитирования:
Смирнов ВА. Оценка динамических характеристик вибродемпфирующих материалов для обеспечения благоприятной среды обитания человека. Биосферная совместимость: человек, регион, технологии. 2025;(4(52)):83-92. https://doi.org/10.22227/2311-1518.2025.4.83-92
Просмотров:
146
JATS XML
Послать статью по эл. почте 