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Dans ingénierie des ponts routiers, roulements en caoutchouc laminé sont largement utilisés entre la superstructure et la sous-structure des ponts. Ils jouent un rôle essentiel dans transmission de charges verticales, s'adapter à la déformation structurelle , et fournissant une isolation et un amortissement des vibrations.
D'un point de vue mécanique, cette forme structurelle est très cohérente avec amortisseurs de vibrations au sol, coussinets en caoutchouc flexibles , et tampons amortisseurs du sol de fondation , qui sont typiques produits d'isolation des vibrations en caoutchouc d'ingénierie . Tous ces systèmes s'appuient sur comportement à la déformation et capacité de dissipation d'énergie des matériaux en caoutchouc sous conditions de chargement en compression et en cisaillement.
Généralement, les couches de renforcement de roulements en caoutchouc laminé consister en plusieurs plaques d'acier minces ou treillis métTousiques en acier . Sous la contrainte de ces couches de renfort, le renflement latéral du caoutchouc est efficacement supprimé, améliorant ainsi considérablement la résistance à la compression et rigidité globale des couches de caoutchouc.
Dans le même temps, tout en garantissant un niveau élevé capacité de charge verticale , suffisant capacité de déformation par cisaillement sous déplacement horizontal peut encore être obtenu. Cette caractéristique est également essentielle dans la conception de tampons amortisseurs du sol de fondation et coussinets en caoutchouc flexibles.
Le méthode d'essai du module élastique en compression est l’une des principales approches d’évaluation de performances mécaniques de roulements en caoutchouc laminé . Avec la mise en œuvre de normes actualisées, tant le méthodes de calcul et procédures de test ont subi des changements correspondants.
Grâce à des recherches expérimentales, cette étude analyse systématiquement les facteurs clés affectant la précision des tests et leur degré d'influence, fournissant une solide base technique pour l'ingénierie des ponts et l'ingénierie du contrôle des vibrations.
1. Présentation de la méthode de test du module élastique en compression
1.1 Concept de base
En 1981, Lindley P.B. proposé un modèle théorique pour calculer le rigidité verticale des roulements en caoutchouc , basé sur l'hypothèse de comportement élastique presque incompressible des matériaux en caoutchouc . Cette théorie a depuis été largement appliquée dans la pratique de l’ingénierie.
Sous charges de compression verticales , les matériaux en caoutchouc présentent non seulement déformation par compression dans le sens de l'épaisseur , mais aussi un certain degré de déformation latérale bombée . Ce comportement mécanique s'applique également à amortisseurs de vibrations au sol et coussinets en caoutchouc flexibles dans systèmes de contrôle des vibrations des bâtiments.
1.2 Formule de calcul
Pour un roulement en caoutchouc contenant n couches de caoutchouc , en supposant que le matériau en caoutchouc est incompressible et soumis à compression pure , le rigidité verticale est calculé comme:
Kv=E1⋅A0n⋅t1K_v = \frac{E_1 \cdot A_0}{n \cdot t_1}Kv=n⋅t1E1⋅A0
Où:
E₁ — Module élastique longitudinal du caoutchouc
A₀ — Surface portante efficace
t₁ — Épaisseur d'une seule couche de caoutchouc
Cette formule a une valeur de référence importante pour roulements en caoutchouc laminé, tampons amortisseurs du sol de fondation , et produits en caoutchouc isolant les vibrations utilisés dans les systèmes de transport ferroviaire.
2. Concept de conception du système de test automatique du module élastique en compression
Le système de test automatique du module élastique en compression se compose principalement de:
Machine d'essai de compression
Capteurs de déplacement et de force
Logiciel professionnel de test et d'analyse de données
Pendant les tests, le système peut acquérir en continu des données de charge verticale et de déformation par compression , générer automatiquement courbes contrainte-déformation , et calcule le module élastique en compression avec analyse des écarts.
L'application de ce système:
Réduit considérablement les opérations manuelles
Évite efficacement les erreurs de lecture humaine
Maintient les erreurs de test dans des limites acceptables
Ce mode de test s'applique non seulement à roulements en caoutchouc laminé , mais aussi à amortisseurs de vibrations au sol et coussinets en caoutchouc flexibles pour l'évaluation des performances mécaniques.
3. Étude de cas d'ingénierie et comparaison des méthodes de test
3.1 DESCRIPTION du cas
A roulement en caoutchouc laminé a été sélectionné comme éprouvette avec les paramètres suivants:
Diamètre: 140 millimètres
Hauteur finie: 25 mm
Épaisseur d'une seule couche de caoutchouc: 4 mm
Épaisseur de la plaque d'acier: 2 mm
Nombre de couches de tôles d'acier: 3 couches
Surface portante efficace: 15 366 mm²
Facteur de forme: 7.0
Épaisseur totale du caoutchouc: 20 millimètres
Selon la nouvelle norme, le plage de conception du module élastique en compression est (303 ± 60)MPa.
3.2 Influence des différentes méthodes de chargement sur les résultats des tests
Pour étudier l'influence de méthodes de chargement , deux schémas de chargement ont été conçus:
Schéma 1 (chargement non standard):
Taux de chargement et de déchargement conventionnel
3 cycles de chargement
Schéma 2 (chargement standard):
Chargement par étapes selon les nouvelles normes
Chaque niveau de charge maintenu pendant 120 secondes avant l'acquisition des données de déformation
Les résultats des tests montrent que:
Schéma 1 présente un écart dépassant 3%, avec une évidence effets d'hystérésis
Schéma 2 montre des écarts inférieurs à 3%, fournissant des résultats plus stables et fiables
Cette conclusion constitue également une référence précieuse pour évaluer la performance à long terme de tampons amortisseurs du sol de fondation sous des charges soutenues.
4. Analyse de l'incertitude de mesure pendant les tests
4.1 Facteurs d'incertitude indépendants des propriétés des matériaux
Ceux-ci comprennent principalement:
Précision des mesures des instruments de test (machine de compression, volumétriques, extensomètres, etc.)
Règles d'arrondi des données
Différences d’interprétation standard et de lecture par les opérateurs
Ces incertitudes peuvent être efficacement réduites grâce à tests répétés et procédures opérationnelles standardisées.
4.2 Facteurs d'incertitude liés à l'échantillon d'essai
Ceux-ci incluent:
Erreurs dans surface portante efficace
Erreurs de mesure dans épaisseur totale du caoutchouc et épaisseur de la plaque d'acier
Erreurs dans mesure de la hauteur terminée
Influence de température ambiante et humidité
Ces facteurs sont tout aussi cruciaux lors des tests de coussinets en caoutchouc flexibles et amortisseurs de vibrations au sol.
5. Contrôle de l’incertitude globale des mesures
Une fois tous les paramètres d'erreur combinés, un incertitude totale de mesure est formé. Les normes pertinentes précisent clairement les erreurs maximales admissibles pour des paramètres clés Téléphones que charge et déplacement.
En adhérant strictement à ces normes et en contrôlant efficacement les erreurs cumulatives, le fiabilité et précision des résultats des tests peut être considérablement amélioré.
Conclusion
Roulements en caoutchouc laminé sont des composants indispensables dans structures de ponts routiers , et leur performances de compression affecte directement sécurité opérationnelle du pont.
Grâce à l'application scientifique de méthodes d'essai du module élastique en compression , combiné avec analyse de l'incertitude de mesure , les erreurs cumulatives peuvent être contrôlées efficacement, garantissant ainsi une grande précision des tests.
Les résultats de cette étude ne s’appliquent pas seulement à ingénierie des ponts , mais fournissent également de précieux références théoriques et pratiques pour le conception, tests et application de amortisseurs de vibrations au sol, coussinets en caoutchouc flexibles , et tampons amortisseurs du sol de fondation , ainsi que d'autres produits d'isolation des vibrations en caoutchouc d'ingénierie.
Dans ingénierie des ponts routiers, roulements en caoutchouc laminé sont largement utilisés entre la superstructure et la sous-structure des ponts.
