橡膠類材料硬化的本構(gòu)研究與非線性有限元分析.pdf

1、橡膠材料受力后，產(chǎn)生很大的彈性變形，當(dāng)外力撤去以后，又能恢復(fù)原來(lái)的幾何形狀，且在變形過(guò)程中體積幾乎不變，許多橡膠材料在大應(yīng)變時(shí)還呈現(xiàn)出應(yīng)力—應(yīng)變?cè)鰪?qiáng)或軟化的特性，以滿足工程上特殊的要求。準(zhǔn)確的本構(gòu)描述是力學(xué)性能分析的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，長(zhǎng)期以來(lái)，其本構(gòu)關(guān)系一直是人們研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。 橡膠材料本構(gòu)關(guān)系的研究常常從應(yīng)變能函數(shù)出發(fā)，通過(guò)其導(dǎo)出應(yīng)力一應(yīng)變間的關(guān)系。到目前為止，可以模擬各向同性超彈性材料應(yīng)變?cè)鰪?qiáng)效應(yīng)的本構(gòu)方程研究剛剛開始，且?guī)缀?/p>

2、還沒(méi)有橡膠材料硬化時(shí)的本構(gòu)實(shí)驗(yàn)，針對(duì)以上問(wèn)題，該論文主要進(jìn)行了以下幾方面的工作： 1.在不可壓Mooney-Rivlin材料極限伸長(zhǎng)模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)本構(gòu)實(shí)驗(yàn)，建立新的橡膠材料大應(yīng)變時(shí)硬化的本構(gòu)模型。應(yīng)變能密度函數(shù)由冪律部分和極限伸長(zhǎng)部分組成，進(jìn)而又推導(dǎo)了單軸拉伸、簡(jiǎn)單剪切情況下材料硬化時(shí)Cauchy應(yīng)力σ與主伸長(zhǎng)λ之間的關(guān)系，研究了平面應(yīng)變時(shí)不可壓橡膠材料的彈性張量。 2.根據(jù)國(guó)家規(guī)范，對(duì)某一配方的橡膠材料進(jìn)行了大應(yīng)變

3、的硬化試驗(yàn)。在單軸拉伸實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用最小二乘法對(duì)本構(gòu)方程與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合，確定了材料參數(shù)，再利用簡(jiǎn)單剪切試驗(yàn)對(duì)本構(gòu)方程進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果初步表明了該文提出的新的本構(gòu)方程的可行性。 3.用非線性有限元方法，采用新的本構(gòu)函數(shù)，編制了計(jì)算程序，對(duì)橡膠材料硬化時(shí)平面應(yīng)變問(wèn)題進(jìn)行了計(jì)算，算例表明該文方法的有效性。該文通過(guò)對(duì)一類橡膠材料硬化的本構(gòu)研究，建立了一種新的本構(gòu)模型，結(jié)合實(shí)驗(yàn)與非線性有限元的分析，表明該應(yīng)變能函數(shù)較好地描述了橡