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Em engenharia de pontes rodoviárias, rolamentos de borracha laminada são amplamente utilizados entre a superestrutura e subestrutura de pontes. Eles desempenham um papel crítico transmitindo cargas verticais, acomodando deformação estrutural , e fornecendo isolamento e amortecimento de vibração.
Do ponto de vista mecânico, esta forma estrutural é altamente consistente com amortecedores de vibração de piso, almofadas de borracha flexíveis , e almofadas de amortecimento de subleito , que são típicos produtos de isolamento de vibração de borracha de engenharia . Todos esses sistemas dependem do comportamento de deformação e capacidade de dissipação de energia de materiais de borracha sob condições de carga compressiva e de cisalhamento.
Normalmente, as camadas de reforço de rolamentos de borracha laminada consiste em múltiplas placas de aço finas ou malhas de arame de aço . Sob a restrição destas camadas de reforço, o abaulamento lateral de borracha é efetivamente suprimido, melhorando significativamente a resistência à compressão e rigidez geral das camadas de borracha.
Ao mesmo tempo, garantindo ao mesmo tempo um elevado capacidade de carga vertical , suficiente capacidade de deformação por cisalhamento sob deslocamento horizontal ainda pode ser alcançado. Esta característica é igualmente crítica no projeto de almofadas de amortecimento de subleito e almofadas de borracha flexíveis.
O método de teste de módulo elástico compressivo é uma das principais abordagens para avaliar o desempenho mecânico de rolamentos de borracha laminada . Com a implementação de padrões atualizados, tanto o métodos de cálculo e procedimentos de teste sofreram alterações correspondentes.
Através de pesquisa experimental, este estudo analisa sistematicamente o principais fatores que afetam a precisão do teste e seu grau de influência, proporcionando uma sólida base técnica para engenharia de pontes e engenharia de controle de vibração.
1. Visão geral do método de teste de módulo elástico compressivo
1.1 Conceito Básico
Em 1981, Lindley PB propôs um modelo teórico para calcular o rigidez vertical de rolamentos de borracha , com base na suposição de comportamento elástico quase incompressível de materiais de borracha . Desde então, essa teoria tem sido amplamente aplicada na prática da engenharia.
Sob cargas compressivas verticais , os materiais de borracha apresentam não apenas deformação por compressão na direção da espessura , mas também um certo grau de deformação protuberante lateral . Este comportamento mecânico também é aplicável a amortecedores de vibração de piso e almofadas de borracha flexíveis em construção de sistemas de controle de vibração.
1.2 Fórmula de Cálculo
Para um rolamento de borracha contendo n camadas de borracha , assumindo que o material de borracha é incompressível e sujeito a compressão pura , o rigidez vertical é calculado como:
Kv=E1⋅A0n⋅t1K_v = \frac{E_1 \cdot A_0}{n \cdot t_1}Kv=n⋅t1E1⋅A0
Onde:
E₁ — Módulo de elasticidade longitudinal da borracha
A₀ — Área de suporte de carga efetiva
t₁ — Espessura de uma única camada de borracha
Esta fórmula tem importante valor de referência para rolamentos de borracha laminada, almofadas de amortecimento de subleito , e produtos de borracha para isolamento de vibração usados em sistemas de trânsito ferroviário.
2. Conceito de Projeto do Sistema Automático de Teste de Módulo Elástico Compressivo
O sistema automático de teste de módulo elástico compressivo consiste principalmente em:
Máquina de teste de compressão
Sensores de deslocamento e força
Software profissional de teste e análise de dados
Durante o teste, o sistema pode adquirir continuamente dados de carga vertical e deformação por compressão , gerar automaticamente curvas tensão-deformação , e calcule o módulo elástico compressivo juntamente com análise de desvio.
A aplicação deste sistema:
Reduz significativamente as operações manuais
Evita efetivamente erros de leitura humana
Mantém os erros de teste dentro dos limites aceitáveis
Este modo de teste é aplicável não apenas a rolamentos de borracha laminada , mas também para amortecedores de vibração de piso e almofadas de borracha flexíveis para avaliação de desempenho mecânico.
3. Estudo de caso de engenharia e comparação de métodos de teste
3.1 Descrição do Caso
A rolamento de borracha laminada foi selecionado como corpo de prova com os seguintes parâmetros:
Diâmetro: 140 milímetros
Altura finalizada: 25mm
Espessura da camada de borracha única: 4mm
Espessura da chapa de aço: 2mm
Número de camadas de chapa de aço: 3 camadas
Área de suporte de carga efetiva: 15.366mm²
Fator de forma: 7.0
Espessura total da borracha: 20mm
De acordo com a nova norma, o faixa de design de módulo elástico compressivo é (303±60) MPa.
3.2 Influência de Diferentes Métodos de Carregamento nos Resultados dos Testes
Para investigar a influência de métodos de carregamento , dois esquemas de carregamento foram projetados:
Esquema 1 (carregamento fora do padrão):
Taxa convencional de carga e descarga
3 ciclos de carregamento
Esquema 2 (carregamento padrão):
Carregamento gradual de acordo com novos padrões
Cada nível de carga mantido por 120 segundos antes da aquisição de dados de deformação
Os resultados dos testes mostram que:
Esquema 1 apresenta um desvio superior 3%, com óbvio efeitos de histerese
Esquema 2 mostra desvios menores que 3%, fornecendo resultados mais estáveis e confiáveis
Esta conclusão também serve como uma referência valiosa para avaliar o desempenho a longo prazo de almofadas de amortecimento de subleito sob cargas sustentadas.
4. Análise de incerteza de medição durante testes
4.1 Fatores de Incerteza Independentes das Propriedades dos Materiais
Estes incluem principalmente:
Precisão de medição de instrumentos de teste (máquina de compressão, medidores de deslocamento, extensômetros, etc.)
Regras de arredondamento de dados
Diferenças na interpretação e leitura padrão pelos operadores
Estas incertezas podem ser eficazmente reduzidas através de testes repetidos e procedimentos operacionais padronizados.
4.2 Fatores de Incerteza Relacionados ao Corpo de Teste
Estes incluem:
Erros em área de suporte de carga efetiva
Erros de medição em espessura total da borracha e espessura da placa de aço
Erros em medição de altura acabada
Influência de temperatura ambiente e umidade
Tais fatores são igualmente críticos no teste de almofadas de borracha flexíveis e amortecedores de vibração de piso.
5. Controle da incerteza geral da medição
Depois que todos os parâmetros de erro forem combinados, um incerteza total de medição é formado. As normas relevantes especificam claramente o erros máximos permitidos para parâmetros-chave como carga e deslocamento.
Ao aderir rigorosamente a estas normas e ao controlar eficazmente os erros cumulativos, o confiabilidade e precisão dos resultados dos testes pode ser significativamente melhorado.
Conclusão
Rolamentos de borracha laminada são componentes indispensáveis estruturas de pontes rodoviárias , e seus desempenho compressivo afeta diretamente segurança operacional da ponte.
Através da aplicação científica de métodos de teste de módulo elástico compressivo , combinado com análise de incerteza de medição , os erros cumulativos podem ser controlados de forma eficaz, garantindo alta precisão dos testes.
As conclusões deste estudo não se aplicam apenas a engenharia de pontes , mas também fornecem informações valiosas referências teóricas e práticas para o design, teste e aplicação de amortecedores de vibração de piso, almofadas de borracha flexíveis , e almofadas de amortecimento de subleito , bem como outros produtos de isolamento de vibração de borracha de engenharia.
Em engenharia de pontes rodoviárias, rolamentos de borracha laminada são amplamente utilizados entre a superestrutura e subestrutura de pontes.
