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关于橡胶硬度和刚度关系的几个问答

吕老师

1年前浏览433

Q：在做隔振设计的时候,计算出所需要的橡胶刚度值,但是厂家提供的只有邵式硬度值,请问如何对应这两者?

A：橡胶硬度和刚度

橡胶硬度和刚度没有对应关系，硬度是橡胶经配合、炼胶、硫化后胶料自身的特性，刚度是橡胶产品的特性，但结构尺寸一定，刚度随硬度增加而增大。

厂家应该会提供力量－变形的信息，如果没有，可结合硬度＋几何形状（如果规则的话）进行估算。

除了估算，估计还得要实测，如静载荷下的压缩量，来判断是否能起作用。

刚度只能计算静刚度，厂家需要做应力应变测试，通过abaqus可以计算静刚度，误差一般小于10%。

Ps：胶料的硬度随着硫磺含量的增加而增加。对天然橡胶胶料，硫磺用量若增加1~3份，硬度就会提高5度；对天然/丁笨/顺丁并用胶，硫磺用量增加1.5~4份，提高硬度5度。

起初随着硫量的增加，交联程度也增加，其硬度加大，硫添加到一定量后出现过硫，对任何橡胶来说，硫化时不只是产生交联，还由于热及其它因素的作用产生产联链和分子链的断裂。这一现象贯穿整个硫化过程。在过硫阶段，如果交联仍占优势，橡胶就发硬，拉伸强度继续上升，反之，橡胶发软，即出现返原。

图1 橡胶硬度计

力/位移=橡胶的静刚度。

硬度、拉伸强度等都和静刚度大小有关系。

硬度越大静刚度越大，至于定伸强度数据倒是有就是没有分析，这个你自己可以统计一下数据，进行一下分析，就可以得出结论。

静刚度是橡胶的刚度指标，一般通过硬度控制，它和硬度、定伸是成正比关系的

Q：静刚度4kg/mm应该对应橡胶邵氏硬度多少度？

A：静刚度是对产品成品的整体弹性特新来说的，每压缩1毫米需要4公斤力，和产品截面和高度都相关联，而邵氏硬度是描述橡胶材料本身软硬程度的一个测量表述值，如果产品结构确定了，那么可以调整橡胶硬度来满足4Kg/mm，反之如果确定了使用什么硬度的材料，那么可以调整产品的结构尺寸来达到静刚度规定值，显然，把这个试验调试交给橡胶生产厂来做更方便，设计使用方只需要静刚度结果进行验收。一般设计时用邵氏A60度值时的弹性模量来做设计计算，出现不大的偏差由生产来调整。可以向橡胶生产厂索要直径10毫米高10毫米的试粒样品来自行测定该硬度橡胶的弹性模量

Q：刚度、强度、硬度如何区别

A：硬度是材料特性，刚度是构件特性。

硬度是加工/工艺性能，反映的是材料抵抗局部变形的能力，想想你的HB或2B铅笔吧，那是指它的硬度。刚度是指构件的抵抗变形（整体变形）的能力，想像一根竹子和一根电线杆。刚度除与截面大小有关，还与构件长度及其边界条件有关。
面一位问硬度与弹性模量及刚度的关系倒是有些意思。首先，弹性模量特指材料层次的刚度，反映的是应力与应变的比例关系。硬度与弹性模量其实是有一定关系的，所谓回弹法测混凝土强度，如果我没有记错的话，利用的是硬度--弹模--强度之间的回归关系。但注意这里是统计回归关系。物理上三者之间是否存在确定性关系，我不知道，还请这里的方家解释。——感觉上要从物理力学的角度去解释
硬度， hardness，用来衡量材料抵抗塑性变形的能力。硬度测量方法大致方法是，将已知形状的硬质压头(indenter)压入材料然后卸载，最大力除以压痕的面积，即为硬度。根据不同的压头形状和测试条件，硬度可以分为以下几种。

表1橡胶硬度的表示方式

类型	备注
ASTM D1415	IRHD硬度
ASTM D2240	邵氏硬度
ISO 48	IRHD硬度
ISO 7619	邵氏硬度
GB/T 531	邵氏硬度

刚度，stiffness，用来衡量材料或结构在载荷作用下，抵抗变形的能力，一般用矩阵表示，即刚度矩阵stiffness matrix。对材料而言，其刚度矩阵就是应力张量对应变张量的偏导，有时也叫做Jacobian matrix。弹性变形时，该矩阵可以由模量、泊松比直接计算得到；弹塑性变形时，稍微复杂一点，需要考虑塑性应变和应变硬化。结构件的刚度矩阵，只有在将结构离散后才有意义，借用有限元方法的术语，就是整体刚度矩阵global stiffness matrix，改矩阵将载荷和位移联系起来：F=[K]U。

材料的应力应变关系（也可以认为是材料的刚度矩阵）是材料力学性能的基本参数，而硬度则不是。也就是说，一旦知道材料的应力应变关系，其硬度可以计算出来，当然一般是通过有限元方法。由于硬度是一个很常用的参数，有很多研究提出一些经验公式（或基于实验，或基于数值计算），将硬度和其他参数关联起来。比如，Tabor：H=C.Y，H为硬度，Y为屈服强度，C为常数；再如Johnson：H/Y=2/3*[2+1og(1/3*E*tan(r)/Y)]。除此外还有其他的形式，但都有一定的适用范围。

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来源：汽车NVH云讲堂