Comparison of rheological properties of chosen elastomers used in production of bridge bearings

• Autorzy: Gajewski M.

Identyfikatory

DOI

10.7409/rabdim.017.004

Warianty tytułu

PL

Porównanie właściwości reologicznych wybranych elastomerów stosowanych do produkcji łożysk mostowych

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań reologicznych przeprowadzonych za pomocą reometru DMA na próbkach typowych elastomerów powstałych na bazie kauczuku naturalnego (NR) i kauczuku syntetycznego (CR) stosowanych do produkcji łożysk mostowych. W badaniach wyznaczono moduły zespolone i kąty przesunięcia fazowego w bardzo szerokim zakresie temperatury i częstotliwości, wyznaczono wartości temperatury zeszklenia, określono krzywe wiodące poszczególnych materiałów oraz przeprowadzono badania, w których indenter (wgłębnik) o kulistym kształcie jest wciskany w badany materiał z liniowo narastającą siłą. Uzyskane wyniki mogą służyć do jakościowej i ilościowej oceny poszczególnych materiałów, jak również do wyznaczenia wybranych parametrów materiałowych modeli konstytutywnych liniowej lepko-sprężystości formułowanych dla teorii małych odkształceń. W przypadku testu wgniatania (indentacji) jego wyniki mogą posłużyć do pośredniej weryfikacji modeli konstytutywnych hipersprężystości i hiperlepkosprężystości formułowanych w ramach teorii dowolnych deformacji. Praca zawiera także elementy oceny wpływu starzenia długoterminowego (naturalnego) na zmianę właściwości reologicznych materiału.

EN

The paper presents the results of rheological testing performed with the use of DMA (Dynamic Mechanical Analyser) rheometer on specimens made of natural rubber (NR) and synthetic rubber (CR) elastomeric materials typically used for production of bridge bearings. The experiments provided the values of complex stiffness modulus and phase shift angles over a very wide temperature and frequency range, enabled determination of glass transition temperatures and plotting the master curves of the respective materials and, moreover, indentation tests were carried out with a spherical indenter pressed down with linearly increasing force. The test results can be used for both qualitative and quantitative evaluation of the materials and for determining certain mechanical parameters of linear viscoelastic constitutive models formulated for the infinitesimal strain theory. The indentation test was conducted to obtain values which can be used for indirect validation of constitutive hyperelastic and visco-hyperelastic models built up for continuum large deformation theory. Moreover, the paper partly evaluates the effect of long-term (natural) ageing of materials on their rheological properties.

Słowa kluczowe

PL

DMA; elastomerowe łożyska mostowe; moduły zespolone; starzenie elastomerów; temperatura zeszklenia; tłumienie; właściwości reologiczne

EN

ageing of elastomers; complex stiffness modulus; damping; DMA; elastomeric bridge bearings; glass transition temperature; rheological properties

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Roads and Bridges - Drogi i Mosty
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 16, no. 1
• Strony: 47--64
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gajewski M.

• Instytut Badawczy Dróg i Mostów, ul. Instytutowa 1, 03-302 Warszawa

Bibliografia

• 1. Cardone D., Gesualdi G.: Experimental evaluation of the mechanical behavior of elastomeric materials for seismic applications at different air temperatures. International Journal of Mechanical Sciences, 64, 1, 2012, 127-143
• 2. Gajewski M., Szczerba R., Jemioło S.: Modelling of elastomeric bearings with application of Yeoh hyperelastic material model. Procedia Engineering, 111, 2015, 220-227
• 3. Jemioło S., Gajewski M., Szczerba R.: Zastosowanie hipersprężystości i MES w modelowaniu mostowych łożysk elastomerowych. Polska Akademia Nauk, Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej, Studia z zakresu Inżynierii, nr. 92, monografia pt. „Współczesna mechanika konstrukcji w projektowaniu inżynierskim”, eds. Garstecki A., Gilewski W., Pozorski Z., Warszawa 2015, 97-122
• 4. Lee D.J.: Bridge bearings and expansion joints. E and FN SPON, London-Madras, 1994
• 5. Long J.E.: Bearings in Structural Engineering, Newnes-Butterworths, London, 1974
• 6. Bhuiyan A.R., Okui Y., Mitamura H., Imai T.: A rheology model of high damping rubber bearings for seismic analysis: Identification of nonlinear viscosity. International Journal of Solids and Structures, 46, 7-8, 2009, 1778-1792
• 7. Dulińska J.M., Szczerba R.: Simulation of dynamic behaviour of RC bridge with steel-laminated elastomeric bearings under high-energy mining tremors. Key Engineering Materials, 531-532, 2013, 662-668
• 8. Mori A., Carr A.J., Cooke N., Moss P.J.: Compression behaviour of bridge bearings used for seismic isolation. Engineering Structures, 18, 5, 1996, 351-362
• 9. Zobel H.: Naturalne zjawiska termiczne w mostach. WKŁ, Warszawa, 2003
• 10. Niemierko A.: Historia współczesnych łożysk mostowych. Łożyska elastomerowe i elastomerowo-ślizgowe. Drogownictwo, LXX, 1, 2015, 3-9
• 11. Ramberger G.: Structural Bearings and Expansion Joints for Bridges. Structural Engineering Documents, 6, International Association for Bridge and Structural Engineering, Switzerland, 2002
• 12. Pelc J., Kolator B.A.: Passive vibration damping in a truss telecommunication tower. Technical Sciences, 17, 3, 2014, 249-258
• 13. Mezger T.G.: The Rheology - Handbook, For users of rotational and oscillatory rheometers. VincentzVerlag, Hannover, 2002
• 14. Nagórski R., Wiśniakowski P., Błażejowski K., Nagórska M.: Comparative analysis of properties of Bürgers’, Boguslavskis’ and Zener’s materials in view of tests of stress and strain in reference to properties of asphalt mixes. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 11, 1, 2012, 7-34
• 15. Gajewski M., Jemioło S.: Application of non-linear optimization methods for determination of Prony series parameters of visco-elastic materials, in: Computer systems aided science and engineering work in transport, mechanics and electrical engineering. Monograph No. 122, Technical University of Radom Publishing Office, Radom, 2008, 125-130
• 16. Tsai H.C., Hsueh S.J.: Mechanical properties of isolation bearings identified by a viscoelastic model. International Journal of Solids and Structures, 38, 1, 2001, 53-74
• 17. Burtscher S.L., Dorfmann A.: Compression and shear tests of anisotropic high damping rubber bearings. Engineering Structures, 26, 13, 2004, 1979-1991
• 18. Warn G.P., Weisman J.: Parametric finite element investigation of the critical load capacity of elastomeric strip bearings. Engineering Structures, 33, 12, 2011, 3509-3515
• 19. Lechman M., Mazurczuk R., Fedorczyk Z.: Badania elastomerów w złożonych stanach odkształcenia. Badania i Studia - Research and Studies, Prace Instytutu Techniki Budowlanej, 153, 1, 2010, 3-17
• 20. Gajewski M., Kowalewski Ł.: Inverse analysis and DIC as tools to determine material parameters in isotropic metal plasticity models with isotropic strain hardening. Materials Testing, 58, 10, 2016, 818-825
• 21. Ferry J.D.: Lepkosprężystość polimerów. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1965
• 22. Niemierko A.: Weryfikacja doświadczalna łożysk gumowych 1,2 MN wykonywanych w zakładach gumowych górnictwa. Prace Instytutu Badawczego Dróg i Mostów, 3-4, 1986, 55-89
• 23. Niemierko A.: Historia współczesnych łożysk mostowych. Łożyska elastomerowe i elastomerowo-ślizgowe. Drogownictwo, LXX, 1, 2015, 3-9
• 24. PN-EN 1337-1:2003 Łożyska konstrukcyjne - Część 1: Postanowienia ogólne
• 25. PN-EN 1337-3:2010 Łożyska konstrukcyjne - Część 3: Łożyska elastomerowe
• 26. Ward J.M.: Mechaniczne własności polimerów jako tworzyw konstrukcyjnych. PWN, Warszawa, 1975
• 27. Jemioło S.: Wykłady z reologii (maszynopis niepublikowany w formie preskryptu z wykładu prowadzonego na Wydziale Inżynierii Lądowej Politechniki Warszawskiej), 2011
• 28. Zawadzki J.: Problemy wytężenia i znużenia polimerów jako tworzyw konstrukcyjnych. PWN, Warszawa 1978

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).