金属橡胶是以金属丝为原材料制成的新型匀质多孔弹性材料,具有工作温度适应性广、耐腐蚀性能强、耐老化性能优异、承载能力大、使用寿命长、可靠性高等优点,目前金属橡胶已大量应用在航空航天、船舶工程、石油化工等工程领域。然而与传统橡胶相比,金属橡胶在受载过程中刚度变化较为剧烈,并且远远高于传统橡胶,因此研究金属橡胶的制备工艺,通过结构设计获得能够在低温下代替传统橡胶使用的金属橡胶具有重要意义。本文分析了金属丝直径、相对密度对力学性能的影响规律;对比研究了金属橡胶与三元乙丙橡胶的低温力学性能;通过有限元方法分析了典型结构单元对金属橡胶构件力学性能参数的影响,建立了不同结构金属橡胶构件的本构关系,并通过实验验证了仿真结果,为金属橡胶代替传统橡胶在低温环境下的工程应用提供了理论基础。本文对不同相对密度、不同金属丝直径制备的金属橡胶进行压缩实验、压缩循环实验以及应力松弛实验。通过对比其力学性能发现,当金属丝的直径相同时,随着相对密度的减小,压缩应变量增加,压缩模量减小,能量损耗系数增加,应力松弛率增加;当金属橡胶的相对密度相同时,随着金属丝直径的增加,压缩应变量增加,压缩模量减小,能量损耗系数增加,应力松弛率基本保持一致。为进一步研究金属橡胶的低温力学性能,在低温环境下对金属橡胶及三元乙丙橡胶进行了力学性能测试。金属橡胶在低温-45℃下的力学性能基本不改变,压缩应变量下降了0.57%,压缩模量增加了20.49%,应力松弛率下降了1.72%,说明金属橡胶材料具有优异的耐低温性能;三元乙丙橡胶在低温-45℃时力学性能变差,压缩应变量下降了9.27%,压缩模量增加了155.12%,应力松弛率增加了95.28%,三元乙丙橡胶材料耐低温性能差。根据力学实验结果,推导了金属橡胶的本构关系,采用有限元数值模拟的方法分析了典型单元(截面为○型、□型、△型)的结构尺寸对力学性能的影响,推导了不同构件的力学性能与构件尺寸的本构关系。根据本构关系发现,金属橡胶构件的力学性能参数与构件的内外边长比(内外径比)相关,随着金属橡胶构件内外边长比值(内外径比值)的增加,构件的弹性模量减小,线弹性应变增大。○型构件具有更大的线弹性应变,□型构件具有更好的阻尼性能。本文以三元乙丙橡胶密封构件的力学性能为参照,利用推导的金属橡胶构件本构关系模型,设计并制备了相对密度0.2,外径10mm,内外径比值0.524的○型金属橡胶构件代替三元乙丙橡胶构件在低温下使用。○型金属橡胶构件的力学性能测试结果表明,计算结果和力学实验数据几乎重合,两条曲线的方差为0.08435,证明了有限元模型及数学模型的正确性。通过对比金属橡胶构件与三元乙丙橡胶构件在低温下的力学性能发现,金属橡胶在低温下力学性能基本不发生改变。