CN110006644A - 一种判断钢-橡胶辊结构在动态旋转工况下橡胶粘弹性影响程度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种判断钢‑橡胶辊结构在动态旋转工况下橡胶粘弹性影响程度的方法，本发明将钢‑橡胶辊动态接触的运动分析与橡胶材料数据进行耦合，使橡胶动态粘弹性的判断方法更具实时性和有效性，同时，利用判断方法亦可快速预估橡胶粘弹性的影响程度。本发明通过结合材料实验数据和工况因素，判断钢‑橡胶辊结构在各种工况下橡胶粘弹性影响程度的方法，通过对材料实验数据的数学变换及钢‑橡胶辊动态接触的运动学分析，建立辊子转速、辊间载荷与橡胶材料松弛模量衰减响应之间的关系，快速判断不同工况时是否应考虑橡胶粘弹性，以及考虑粘弹性时其影响程度的大小，提高工程设计和测试效率。
Description
技术领域
本发明涉及到判断钢-橡胶辊结构在动态旋转工况中橡胶材料粘弹性影响程度的判断方法，属于材料应用计算领域。具体涉及一种结合橡胶材料实验数据和钢-橡胶辊结构实际工况条件判断相应工况下是否需考虑橡胶粘弹性以及粘弹性影响程度的判断方法。
背景技术
钢-橡胶辊结构是典型的印刷单元结构，同时也广泛存在于农业机械、薄膜制造、包装机械等领域。多工业领域中，依靠典型成组的橡胶辊和钢辊结构彼此挤压接触旋转，完成介质的传递和结构运转。由于辊的材料钢和橡胶存在明显的弹性差异，在挤压旋转中，变形主要发生在较软橡胶辊表面接触区橡胶层上，不论是流体介质通过还是结构运转稳定都与橡胶材料的变形和恢复有关，有必要研究实际工况下橡胶的材料特性，以预判断或分析实际工程中钢-橡胶辊类结构静动力学特性和接触特性。
橡胶是典型的非线性高分子材料，由于橡胶的超弹性，大变形、高延展性是其明显的弹性性质。橡胶的滞后生热、力学损耗、松弛、蠕变现象则是因橡胶粘弹特性决定。橡胶的粘弹性表达与载荷频率和温度紧密相关，在特定温度和频率范围内，橡胶的粘弹性将变得显著而不可忽略。此外，挤压位移和辊子转速等工况因素的不同，也对橡胶粘弹性的影响程度作用明显，而橡胶材料性质变化使钢-橡胶辊结构的应力场分布和接触宽度等接触特性也发生改变，对结构在实际工况条件下的稳定运行产生较大影响。
结合橡胶材料力学特性，研究实际工况条件下橡胶材料粘弹性的影响程度，有助于实际工况中橡胶辊状态的判断以及工况条件的设计。对印刷行业，能够快速判断工况条件下橡胶材料粘弹性的影响程度显得格外重要，快速判断以及及时反馈可以更好保证油墨流体传递稳定性与印刷产品质量。因钢-橡胶结构也广泛存在其他机械领域，本发明内容具备较强的通用性，结合材料特性和工况条件快速判断各种工况下橡胶粘弹性的影响程度，对含钢-橡胶辊结构的工业机械受力水平分析、工况条件的检测与设计都提供了一种有效检验方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种结合材料实验数据和工况因素，判断钢-橡胶辊结构在各种工况下橡胶粘弹性影响程度的方法，通过对材料实验数据的数学变换及钢-橡胶辊动态接触的运动学分析，建立辊子转速、辊间载荷与橡胶材料松弛模量衰减响应之间的关系，快速判断不同工况时是否应考虑橡胶粘弹性，以及考虑粘弹性时其影响程度的大小，提高工程设计和测试效率，
本发明的技术手段在于将钢-橡胶辊动态接触的运动分析与橡胶材料数据进行耦合，使橡胶动态粘弹性的判断方法更具实时性和有效性，同时，利用判断方法亦可快速预估橡胶粘弹性的影响程度。
本发明是采用以下技术手段实现的，总体方法流程图可见附图1，一种判断钢-橡胶辊结构在动态旋转工况下橡胶粘弹性影响程度的方法，该方法的实现过程如下：
要实现对钢-橡胶辊结构动态旋转工况下橡胶粘弹性程度的判断，橡胶材料特性和工况条件是判断基础，第一，需明确橡胶辊所用的橡胶材料，利用DMA热分析仪实验测定该材料的粘弹性松弛主曲线与其他参数；第二，根据实验数据，结合固态聚合物动态剪切模量的频率相关性分析材料所处状态，从材料角度初步分析是否应考虑橡胶粘弹性的影响；第三，识别工况参数，获取实际工况载荷、转速与结构尺寸并完成相关换算，通过动力学分析建立载荷函数，明确实际工况与DMA实验测试条件的差异。通过建立准确的橡胶本构模型，使用有限元分析获得特定工况条件下的接触宽度，进而求解关键量接触时间；最后，基于粘弹性实验数据和工况条件识别的判断基础上，利用动力学分析建立的公式，接触时间与所关注松弛时间的关系，建立钢-橡胶辊结构动态旋转工况下橡胶粘弹性影响程度的判断公式，以此公式判断不同材料、不同载荷及转速下橡胶材料的粘弹性表达程度。
S1.DMA动态热分析仪进行材料粘弹性温频测试
DMA动态热机械分析仪是测定材料粘弹性特性的有力工具，能测定粘弹性材料与时间、温度或频率的关系。选取橡胶辊相同橡胶材料进行测试，本方法中使用数据基于DMA剪切加载模式下测定所得，主要数据是松弛模量曲线、储能模量、损耗模量等。不同温度下的松弛模量随时间变化的数据(即松弛模量主曲线)，可参见附图2，实际使用本方法时亦可为其他加载模式下所测定的不同频率、温度对应的实验数据。
S2.根据实验数据判断材料状态
在已有DMA实验数据的基础上，根据实验所得剪切储能模量和损耗模量判断材料状态可以排除一些不必考虑粘弹性的情况。
在《黏弹性理论与应用》一书中给出了典型固态聚合物动态剪切模量的频率相关性，见附图3，图3反应了固态聚合物的剪切储能模量G1、损耗模量G2以及损耗因子tanδ与频率ω的相关性。G1值低频时较小(约105Pa)，相对于高弹橡胶态；而在高频时相当大，相应于玻璃态(约109Pa)。在某一频率范围内随ω增加，G1迅速增大，呈现粘弹性固体性能。G2在高低频时均很低且接近于0，在某一频率范围随ω增加G2呈现先增大后减小的变化趋势，且G1增速最快时G2达到最大值。损耗因子tanδ取决于G2和G1比值。
利用实验得到的剪切储能模量与损耗模量数据量级，可大致判断材料状态，当材料处于高弹橡胶态和玻璃态边缘时，忽略其粘弹性效应。材料处于粘弹态以及高弹橡胶态和粘弹态的过渡区时，其粘弹性效应应被进一步研究，在这种情况下，应注意到钢-橡胶辊结构动态旋转时结构的受载情况与实验测试有较大不同，实际工况下橡胶粘弹性体现程度与实验结果有差异。因此，需要对结构的运行工况参数进行识别与判断，以进一步考察实际工况下橡胶粘弹性的影响程度。
S3.钢-橡胶辊工况及运动学条件判断与接触载荷识别
工况条件的变化影响着结构的受载情况，识别工况条件，需知以下参数：接触载荷(下压位移或结合力)；辊的转速n(rpm)；辊的几何尺寸。实际工况流程见附图4。
实际两辊的挤压旋转过程，由转速可得两辊的转动周期T，对橡胶辊任一位置，其接触时间(即从进入至滚出接触区的时间)Δt＝t2-t1，接触频率辊子稳定转动时可等效为匀速圆周运动，数值上接触频率尽管接触频率由转动周期确定，但接触载荷的作用时间会明显小于转动周期，对进入至离开接触区承受的载荷分布一般可分为三角函数、高斯分布及傅里叶展开。以三角函数形式分布的位移载荷为例，设位移载荷(即下压位移)为λ，则位移载荷的函数形式为：
接触位移载荷示意图见附图5，可以看出实际工况与粘弹性测试中的正弦激励的主要不同是作用时间，对同一区域，在挤压对滚过程中有不受载荷的力学回复时间，实际受接触载荷作用时间一般会远小于材料测试实验中的周期，而粘弹性材料测试中整体材料一直处于交变载荷的测试下，其作用时间持续在每一个周期。橡胶材料粘弹性受温度、频率影响明显，由于挤压对滚所承载荷加载方式与作用时间与测试有所出入，可以预见材料粘弹性影响程度会受到一定影响。
寻求接触时间Δt的求解，在辊间挤压对滚过程中，接触时间、周期与接触宽度、周长间存在比例关系
其中，b-接触宽度，.接触宽度所对应圆环弧度，d-辊的直径。
接触宽度b的大小由辊的几何尺寸、载荷条件和辊的材料特性所决定，其确定方式主要有直接测量和有限元分析确定两种，直接测量有时较为困难，本方法采取有限元法获取接触宽度b，有限元分析需定义橡胶本构符合模型以描述橡胶材料特性。考虑橡胶超弹性与粘弹性，用Mooney-Rivlin两参数超弹本构模型表征橡胶的大变形和高弹性，用Prony级数形式的广义Maxwell粘弹本构模型表征橡胶材料的粘弹性质，如动态滞后、损耗生热等。Mooney-Rivlin两参数模型应变能函数如公式(3)，材料初始剪切模量μ和初始体积模量K由公式(4)定义：
其中，C10、C01-表征材料偏移变形的系数；d-为不可压缩系数；J-为材料变化后体积比；-分别为第一、二应变不变量偏张量；υ-为材料泊松比。
橡胶粘弹性本构模型使用广义Maxwell模型的Prony级数形式进行构建，广义Maxwell本构模型和Prony级数的表征形式分别由公式(5)和(6)给出：
式中：σ-柯西应力；e-偏应变；Δ-体积应变；τ-松弛时间；G(t)，K(t)分别是Prony级数中的剪切和体积松弛模量；G0，K0-材料初始时刻剪切、体积模量；nG，nK-Prony级数项数；-相对剪切松弛模量和松弛时间；-相对体积松弛模量和松弛时间。
通过准确定义本构模型，使用有限元软件可以获取特定橡胶材料在不同接触载荷、辊子转速下对应的接触宽度b。公式(2)中的几何与工况参数识别后，应寻求实际工况与材料实验数据之间的联系，以考察橡胶粘弹性在实际特定工况下的作用程度。
S4.确定材料松弛响应与运动工况的联系，建立判断公式
在材料特性测试、工况条件与运动学分析两部分判断基础完成后，最后一步是将工况条件与材料实验数据结合，建立粘弹性判断公式。对粘弹性固体，静态或准静态下经恒定应变作用较长时间，应力将随之减小到某一稳定值，在材料测试中，获得了材料松弛模量(即瞬时弹性模量)随时间的衰减曲线。对与辊间接触的工程问题，较软的橡胶辊弹性模量的变化在一定范围时，该工况仍可正常运转。但松弛模量衰减到一定范围时，接触区变形程度超出正常工作允许范围，影响结构运转的稳定性，特别在辊间有油墨等流体介质时，这将严重介质的均匀性和传递过程。建立工况因素和橡胶松弛模量响应的关系，可判别实际(设计)工况条件下橡胶松弛模量衰减响应和橡胶粘弹性的影响程度。
根据工程问题，确立可接受的松弛模量衰减极小值，与之对应的松弛时间记为Δt松，在转动过程中要观察松弛模量衰减，考察滞后因子、能量损耗等动态粘弹性指标，需要满足即在不同转速下接触时间最小值Δtmin都应大于所关心松弛响应对应时间值Δt松。根据公式(2)的关系，则以接触时间与关心松弛模量衰减范围所对应松弛时间Δt松为纽带建立的判断公式可写作
该公式受接触宽度b，转速n和工况温度影响。首先，随位移或力载荷的增大，接触宽度b也随之增加直至实际工况限制的几何上限值。接触宽度的提升使实际接触时间增大，松弛模量衰减程度扩大，橡胶材料的粘弹性表达也愈加明显；第二，当n→+∞，即高转速时，接触时间接近为0，对工程问题此时间远小于所关心松弛模量衰减值对应的时间，松弛模量几近不变，橡胶粘弹性影响程度非常微弱。n→0时，即中低转速时，接触时间逐渐与所关心松弛时间量级相同甚至更小，接触区模量衰减效应变得不可忽略，中低转速时需要考虑材料的以滞后因子衡量的动态粘弹性，转速为0时需要考虑如应力松弛的静态粘弹性质；第三，橡胶弹性性质受温度影响明显，其粘弹特性也与温度和频率相关。在位移或力载荷较大时，随着转动工况时间的积累，辊间摩擦生热和橡胶粘弹滞后生热导致工况温度升高使材料弹性模量变“软”，接触宽度b随之改变，温度的变化也影响了粘弹松弛曲线。
本发明所提出的判断公式(7)具有较强的实时性，可根据实时的工况条件，结合材料实验数据动态判断橡胶材料的粘弹性影响程度。
附图说明
图1本发明涉及的方法流程图。
图2不同温度下的剪切松弛模量主曲线(实验材料：40硬度丁腈橡胶，测试温度：20-50℃)。
图3典型聚合物动态剪切模量的频率相关性。
图4工况流程图。
图5接触位移载荷示意图。
图6钢-橡胶辊几何结构示意图。
图7结构识别参数示意图。
图8有限元算例验证结构及网格设置。(单元尺寸：0.25mm；分析模式：广义平面应变；钢辊及钢芯设置为刚体，材料：标准结构钢)
图9有限元算例验证橡胶辊结构应力分布。
图10相同工况两种橡胶本构模型下同节点的应力-应变时域图。(工况温度：20℃；位移载荷：0.8mm；辊子转速：60rpm)
图11相同工况两种橡胶本构模型下应力-应变滞后环曲线。(工况温度：20℃；位移载荷：0.8mm；辊子转速：60rpm)
图12接触位移载荷0.8mm-三种不同转速条件下的应力-应变滞后环。(工况温度：20℃；辊子转速分别为：60rpm,120rpm,240rpm)
图13转速为60rpm-不同接触位移载荷条件下的应力-应变滞后环。
图14转速为120rpm-不同接触位移载荷条件下的应力-应变滞后环。
具体实施方式
基于DMA实验粘弹材料数据判断钢-橡胶辊结构橡胶粘弹性的方法具体参见附图中方法流程图，在此以文字说明：
步骤一：获取材料测试实验数据
使用DMA动态热分析仪运用剪切加载方式测试不同温度、频率条件下的橡胶材料粘弹性数据，得到剪切松弛模量主曲线、材料松弛模量与剪切模量等数据。
步骤二：判断工况条件下的材料状态
结合实验数据和典型聚合物动态剪切模量与频率的关系曲线，判断橡胶在工况条件下处于何种状态。若橡胶处于粘弹态或粘弹态与橡胶态过渡区，储能模量和损耗模量快速增长，需要进一步判断粘弹性的影响程度。若处于高弹橡胶态及玻璃态边缘区，此时损耗模量几近为0，可认为该频率所对应的工况转速下橡胶粘弹性不显著。
步骤三：工况因素换算与识别实际或设计工况的接触载荷，
确定实际或设计工况转速，换算对应转动频率与周期；确定实际或设计工况载荷(结合力或挤压位移)与结构的几何参数，通过有限元法得到相应载荷工况下的接触宽度。
步骤四：确定关心松弛模量衰减响应范围，联合材料参数与工况条件建立判断公式并判断
实际工况载荷与材料测试所使用的交变载荷有所差异，明确接触时间与转动周期，时域上载荷变化已于发明内容S3内容说明。与测试实验相比，相同频率时工况实际接触时间会明显减小，载荷也变为单向激振载荷，要观测工况条件下动态粘弹性的表达，需要探究结构应变在时域上滞后于应力的程度，观测滞后环的大小。
应给出结构运转时可接受的松弛模量衰减范围，即给出关心的松弛模量衰减极小值，寻找与之相对应的松弛时间Δt松作为橡胶粘弹响应的时间评价尺度。由换算得到的工况条件带入到公式(7)中进行判断，并根据公式(7)的使用范围进行橡胶粘弹性影响程度趋势预测。
算例验证
为考察本方法的可用性，现提供一组算例的材料参数、判断过程及有限元验证，以验证本方法所介绍方法的有效性。
1.结构尺寸、材料参数
本算例结构尺寸如附图图6所示，所需识别参数如附图图7。根据实验数据得到的超弹模型参数在表1给出。为方便算例验证，给出一组测试条件为20℃，测试频率为1Hz的松弛模量-时间变化的原始数据以及测量温度为20℃下，几组不同测试频率下的储能模量、损耗模量及滞后因子，其中，DMA动态热分析仪测试粘弹性数据加载方式为剪切加载，数据如表2所示。
2.工况条件与验证组设置
如附图4所示工况流程，两辊通过挤压位移产生接触，载荷加载形式为位移载荷，本算例中使用0.4mm，0.8mm两组位移载荷，研究60rpm，120rpm，240rpm三组转速情况下的粘弹性的表达，为了使对照更加明显，验证中增设了一组不考虑橡胶粘弹性(即只设置超弹性)的对照组，仿真组别见附图表3。
3.判断材料状态与接触载荷识别
根据表2-2的实验数据，结合附图中的典型聚合物剪切模量与测试频率的关系图(附图2)，可以看到储能模量的量级接近106Pa，材料处于高弹橡胶态与粘弹态的相邻区，属于粘弹性表达较为显著的区域，需进一步考察具体工况下材料特性的表达。
实际工况运行和一般DMA材料实验测试条件的差距已在前文讨论，工况实际接触载荷的作用函数已在公式(1)中给出，在此选取一组挤压位移为0.4mm，转速为60rpm，其转动一周周期为1s，载荷作用时间为0.02663862s，故在此工况下的载荷作用函数如公式(8)，其他工况下也可相应写出。
4.判断橡胶粘弹性影响程度
算例以实验数据的最小时间间隔作为Δt松＝0.01s,按本方法，用判断公式对表3中的工况条件进行判断，结果附图表4所示。
运用判断公式判断橡胶粘弹性在相应工况下是否应该被考虑以及其影响程度，关键指标是计算得到的接触时间，若计算得到的接触时间数值Δt大于设定的松弛时间Δt松，橡胶粘弹性的作用应考虑，且差值|Δt-Δt松|越大，实际工况运行中松弛模量衰减范围越大，橡胶粘弹性效应越显著(橡胶滞后效应与力学损耗增强)，橡胶的生热效应增强。
5.算例有限元仿真验证
5.1有限元设置
使用Ansys Workbench对算例进行瞬态动力学验证，按工况施加相应载荷及转速。结构辊长方向尺寸(210mm)相较于任一横截面两方向尺寸(65mm)有较大差距，属于较典型的平面应变问题，本算例拟使用平面应变模式对钢-橡胶辊结构进行有限元仿真研究，原因有二：1.考虑工业实际，沿辊长方向的力学响应较为均匀，可以以平面应变形式考察结构的受载情况与变形情况；2.有限元法的计算精度一定程度上由网格质量及尺寸保证，三维结构下要获取可信的结果、网格数量呈千万级，在瞬态计算中计算代价难以想象，而在平面应变问题下，可以以较精细网格进行计算，计算结果准确可信。本算例最终使用的是广义平面应变模式进行有限元分析，此模式可考虑辊长方向尺寸带来的影响，最终网格与分析条件设置见附图8。
5.2仿真计算结果
在表4中的第四组工况条件下，结构计算的Mises应力分布云图如附图9，这与Johnson的《Contact Mechanics》给出的两圆柱体接触光弹性实验应力分布结果相一致，验证仿真设置的正确性。由于两辊处于动态接触，彼此挤压旋转，要考察材料粘弹性响应，需要考察动态粘弹性的指标——滞后现象，在动接触中，应变响应滞后于应力，若对同一节点在相同时间内做应力-应变曲线，粘弹性显著时可以观察到滞后环，滞后环面积也即由粘弹性引起的能量损耗面积，滞后环面积越大，其滞后因子tanδ越大，也说明了橡胶粘弹性效应表达越显著。
5.2.1超弹性本构模型和超弹-粘弹性本构模型的差异
超弹性及粘弹性本构模型已经在发明内容S3中作介绍，在超弹性本构模型中，直接忽略了橡胶的粘弹性效应，而在超弹-粘弹性本构模型中，添加了实验测试所得的粘弹性数据。以表3中的第3组和对照组为例，位移载荷0.8mm,转速60rpm，观测同一节点从进入接触区到离开的应力与应变响应，两种橡胶本构模型下橡胶层应力和应变的时域响应如附图10，相应应力-应变关系如附图11所示，考虑粘弹性的超弹-粘弹本构模型明显存在滞后环而超弹性本构下则没有明显变化，这说明了在一定工况运行范围内考虑粘弹性的必要性，也证明了仿真粘弹参数设置的正确性。
5.2.2不同辊子转速下橡胶粘弹性影响程度的验证
算例验证的重点是在对应工况条件下橡胶材料粘弹性的影响程度的验证，用附表3中的3,4,5组做验证，即位移载荷0.8mm，转速分别为60、120、240rpm。关心的松弛模量衰减对应时间为Δt松＝0.01s，画出同节点在“进入-离开”接触区的应力-应变曲线，如图12的(a)(b)(c)所示。
滞后环的大小直接反应了橡胶动态粘弹性的大小，滞后环面积愈大，橡胶动粘弹性也越显著，附图12给出了三种转速下的滞后环面积，比较滞后环面积可得当位移载荷一定，转速从60rpm增加到240rpm,其粘弹性影响程度在减弱，转速达到240rpm时滞后环趋于一条直线，即滞后效应(动粘弹性表达)不显著，橡胶粘弹性效应可以忽略。这与表4中用判断公式给出的判断结果相符，仿真与判断方法所得规律一致，证明了判断公式对研究工况转速下橡胶粘弹性影响程度的有效性。
5.2.3不同位移载荷下橡胶粘弹性影响程度的验证
位移载荷和力载荷可以相互转换和测试，算例验证以位移载荷为例，接触宽度受位移(力)载荷显著，计算表3中的1,3和2,4两组情况并相互对照，应力-应变曲线如附图13和14所示，仿真结果显示位移载荷的增加使得滞后环的面积有较为显著的增加，橡胶材料粘弹性的表达也愈加显著，这与表4中用判断公式给出的判断结果相符，位移载荷的增加使接触时间增加，松弛模量衰减范围扩大，粘弹性影响增加。仿真结果与本方法判断得到的规律一致，证明了本方法对研究工况载荷条件下橡胶粘弹性影响程度的有效性。
表1算例所用橡胶的材料常数及超弹参数
表2-1算例所用橡胶的一组粘弹性原始数据
表2-2算例所用橡胶的一组粘弹性原始数据
表3算例验证的工况条件与本构模型设置
表4不同工况条件下判断橡胶粘弹性的表达程度结果
Claims (5)
1.一种判断钢-橡胶辊结构在动态旋转工况下橡胶粘弹性影响程度的方法，其特征在于：该方法的实现过程如下，
要实现对钢-橡胶辊结构动态旋转工况下橡胶粘弹性程度的判断，橡胶材料特性和工况条件是判断基础，第一，需明确橡胶辊所用的橡胶材料，利用DMA热分析仪实验测定该材料的粘弹性松弛主曲线与其他参数；第二，根据实验数据，结合固态聚合物动态剪切模量的频率相关性分析材料所处状态，从材料角度初步分析是否应考虑橡胶粘弹性的影响；第三，识别工况参数，获取实际工况载荷、转速与结构尺寸并完成相关换算，通过动力学分析建立载荷函数，明确实际工况与DMA实验测试条件的差异；通过建立橡胶本构模型，使用有限元分析获得特定工况条件下的接触宽度，进而求解关键量接触时间；最后，基于粘弹性实验数据和工况条件识别的判断基础上，利用动力学分析建立的公式，接触时间与所关注松弛时间的关系，建立钢-橡胶辊结构动态旋转工况下橡胶粘弹性影响程度的判断公式，以此判断不同材料、不同载荷及转速下橡胶材料的粘弹性表达程度。
2.根据权利要求1所述的一种判断钢-橡胶辊结构在动态旋转工况下橡胶粘弹性影响程度的方法，其特征在于：利用DMA热分析仪实验测定该材料的粘弹性松弛主曲线与其他参数的实现过程如下，
选取橡胶辊相同橡胶材料进行测试，本方法中使用数据基于DMA剪切加载模式下测定，数据是松弛模量曲线、储能模量、损耗模量；不同温度下的松弛模量随时间变化的数据即松弛模量主曲线，实际使用本方法时亦可为其他加载模式下所测定的不同频率、温度对应的实验数据。
3.根据权利要求1所述的一种判断钢-橡胶辊结构在动态旋转工况下橡胶粘弹性影响程度的方法，其特征在于：根据实验数据，从材料角度初步分析是否应考虑橡胶粘弹性的影响的实现过程如下，
在已有DMA实验数据的基础上，根据实验所得剪切储能模量和损耗模量判断材料状态排除一些不必考虑粘弹性的情况；
利用实验得到的剪切储能模量与损耗模量数据量级，大致判断材料状态，当材料处于高弹橡胶态和玻璃态边缘时，忽略其粘弹性效应；材料处于粘弹态以及高弹橡胶态和粘弹态的过渡区时，粘弹性效被进一步研究，并对结构的运行工况参数进行识别与判断，以进一步考察实际工况下橡胶粘弹性的影响程度。
4.根据权利要求1所述的一种判断钢-橡胶辊结构在动态旋转工况下橡胶粘弹性影响程度的方法，其特征在于：钢-橡胶辊工况及运动学条件判断与接触载荷识别实现过程如下，
工况条件的变化影响着结构的受载情况，识别工况条件，需知以下参数：接触载荷；辊的转速n；辊的几何尺寸；
实际两辊的挤压旋转过程，由转速可得两辊的转动周期T，对橡胶辊任一位置，其接触时间即从进入至滚出接触区的时间Δt＝t2-t1，接触频率辊子稳定转动时可等效为匀速圆周运动，数值上接触频率尽管接触频率由转动周期确定，但接触载荷的作用时间会明显小于转动周期，对进入至离开接触区承受的载荷分布一般可分为三角函数、高斯分布及傅里叶展开；以三角函数形式分布的位移载荷为例，设位移载荷即下压位移为λ，则位移载荷的函数形式为：
寻求接触时间Δt的求解，在辊间挤压对滚过程中，接触时间、周期与接触宽度、周长间存在比例关系
其中，b-接触宽度，-接触宽度所对应圆环弧度，d-辊的直径；
接触宽度b的大小由辊的几何尺寸、载荷条件和辊的材料特性所决定，本方法采取有限元法获取接触宽度b，有限元分析需定义橡胶本构符合模型以描述橡胶材料特性；考虑橡胶超弹性与粘弹性，用Mooney-Rivlin两参数超弹本构模型表征橡胶的大变形和高弹性，用Prony级数形式的广义Maxwell粘弹本构模型表征橡胶材料的粘弹性质；Mooney-Rivlin两参数模型应变能函数如公式(3)，材料初始剪切模量μ和初始体积模量K由公式(4)定义：
其中，C10、C01-表征材料偏移变形的系数；d-为不可压缩系数；J-为材料变化后体积比；-分别为第一、二应变不变量偏张量；υ-为材料泊松比；
橡胶粘弹性本构模型使用广义Maxwell模型的Prony级数形式进行构建，广义Maxwell本构模型和Prony级数的表征形式分别由公式(5)和(6)给出：
式中：σ-柯西应力；e-偏应变；Δ-体积应变；τ-松弛时间；G(t)，K(t)分别是Prony级数中的剪切和体积松弛模量；G0，K0-材料初始时刻剪切、体积模量；nG，nK-Prony级数项数；-相对剪切松弛模量和松弛时间；-相对体积松弛模量和松弛时间；
通过定义本构模型，使用有限元软件获取特定橡胶材料在不同接触载荷、辊子转速下对应的接触宽度b。
5.根据权利要求4所述的一种判断钢-橡胶辊结构在动态旋转工况下橡胶粘弹性影响程度的方法，其特征在于：确定材料松弛响应与运动工况的联系，建立判断公式实现过程如下，
在材料特性测试、工况条件与运动学分析两部分判断基础完成后，最后一步是将工况条件与材料实验数据结合，建立粘弹性判断公式；对粘弹性固体，静态或准静态下经恒定应变作用较长时间，应力将随之减小到某一稳定值，在材料测试中，获得材料松弛模量即瞬时弹性模量随时间的衰减曲线；建立工况因素和橡胶松弛模量响应的关系，判别实际工况条件下橡胶松弛模量衰减响应和橡胶粘弹性的影响程度；
根据工程问题，确立可接受的松弛模量衰减极小值，与之对应的松弛时间记为Δt松，在转动过程中要观察松弛模量衰减，考察滞后因子、能量损耗等动态粘弹性指标，需要满足即在不同转速下接触时间最小值Δtmin都应大于所关心松弛响应对应时间值Δt松；根据公式(2)的关系，则以接触时间与关心松弛模量衰减范围所对应松弛时间Δt松为纽带建立的判断公式写作
该公式受接触宽度b，转速n和工况温度影响；
判断公式(7)根据实时的工况条件，结合材料实验数据动态判断橡胶材料的粘弹性影响程度。
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