船用热交换器效能的分析 垫片压缩回弹性能试验 1、试验装置与试件 试验加载系统为MTS-2.5吨材料性能试验机所示 。试件是从整张传热板片中切割出一部分带有梯形垫片槽的矩形板片 ，板片材质为316L所示。垫片材料为三元乙丙橡胶，硬度为邵氏80，垫片横截面为菱型，主要结构尺寸。 2、试验内容 试验包含两部分： （1）常温下 ，垫片简单压缩回弹。将横截面为菱形的密封垫片水平放置在刚性平板上 ，通过固定在试验机上 、下夹具上的钢圆柱（7mm）施加压缩载荷，测试在不同载荷下垫片的位移大小 。加载速率参考设备的实际装配、操作条件 ，控制压缩速率0.018mm/s ，回弹速率0.007mm/s.此试验以下称简单压缩回弹； （2）在梯型密封槽约束作用下的垫片压缩回弹 。 将横截面为菱形的垫片嵌入矩形板片的梯形槽中，通过固定在上、下夹具的钢圆柱施加载荷 。其他加载条件与前部分的试验相同 。此试验以下称约束压缩回弹。 试验结果分析 1 、简单压缩 假设板式换热器橡胶垫片属于超弹性材料，3个主方向的厚度与压缩前垫片的初始厚度之比 ，也称为压缩比 。综合式（1）、（2）得：S=2WC=2[（WI1 I1WI2）I-WI2C I3WI3C-1]（4）利用真实应力与S之间的关系 ，得到垫片在变形后的真实应力表达式：=-pI 2[WI1B-WI2B-1]（5）主应力分量为：i=-p 2[WI12i-WI2-2i]（i=1 ，2 ，3）（6）式（5）中，B是左柯西-格林应变张量（leftCauchy-Greenstraintensor），-pI代表流体静压力张量 ，I为二阶单位张量。为真实应力张量。 简单压缩时，垫片表面只在一个方向有真实压应力1 ，又因为橡胶材料具有不可压缩性 ，设1=，则有：2=3=1 ，则式（6）可简化为：1=2（2-1）（WI1 WI21）（7）工程实际中，可拆卸板式换热器垫片的预紧压缩量一般为垫片初始厚度的1535，压缩变形过程中，垫片瞬时受力面积要大于初始受力面积。分别以瞬时受力面积和初始受力面积为基准的真实压应力1与名义压应力e关系为：1=e在Mooney-Rivlin模型中应变能密度函数为：W=C10（I1-3） C01（I2-3）（8）将式（8）代入式（7）得 ：1=2（2-1）（C10 C011）（9）在Yeoh模型[10]中应变能密度函数为 ：W=C10（I1-3） C20（I1-3）2 C30（I1-3）3（10）将式（10）代入式（7）有 ：1=2（2-1）[C10 2C20（2 2-3） 3C30（2 2-3）2]（11）利用最小二乘法可确定式（9）、（11）中的材料常数值C10，C01，C20，C30，得到的两模型拟合应力值如所示 。 当压缩比大于0.75时，Mooney-Rivlin模型、Yeoh模型预测sp误差值都小于5.示出了垫片简单压缩时的真实应力测试值以及利用模型拟合的曲线。Yeoh模型拟合曲线与试验数据变化趋势接近一致 。
