橡膠與顆粒增強橡膠的力學(xué)行為及其有限元模擬.pdf

1、橡膠材料的研究已有很長的歷史，在過去的五六十年里人們試圖對橡膠材料做真實可靠的描述，但是由于它復(fù)雜的分子特性以及材料和幾何的雙重非線性，而且對溫度、周圍的介質(zhì)、應(yīng)變率和應(yīng)變量等的作用和影響十分敏感，這使得要建立精確的數(shù)學(xué)模型非常困難。另外在工程應(yīng)用中，絕大多數(shù)天然橡膠和合成橡膠都需要填充一定的炭黑粒子等各種填料來改善它們的強度、硬度、加工性能等特性，因此要精確地描述填充橡膠材料的變形行為就更難了。
　　 橡膠及填充橡膠材料的變形

2、規(guī)律和力學(xué)性能方面的課題，一直是材料和力學(xué)工作者共同關(guān)注和研究的重要問題。本文從橡膠及粒子填充橡膠的變形行為出發(fā)，對其本構(gòu)模型作了較系統(tǒng)的評述，并通過自編的Fortran 程序?qū)μ亢谔畛湎鹉z在平面拉伸變形模式下做了一系列的有限元分析，主要研究內(nèi)容概述如下。
　　 1．對橡膠及粒子填充橡膠材料的力學(xué)特性，描述橡膠特性的超彈性與黏彈性本構(gòu)模型及非均質(zhì)粒子填充橡膠的研究現(xiàn)狀與進展進行了簡要的概述和評述。
　　 2．回顧了復(fù)合材

3、料細觀力學(xué)的研究方法及現(xiàn)狀，重點介紹了均勻化方法的基本理論及其在一般彈性問題上的運用，并探討了均勻化思想在有限元分析黏彈性材料中的應(yīng)用。
　　 3.詳細討論了分子鏈統(tǒng)計網(wǎng)絡(luò)模型的推導(dǎo)過程。目前所有用來描述橡膠材料的本構(gòu)模型還不能做到在全拉伸區(qū)域和所有變形模式下都很好地對其進行預(yù)測。本文從分子統(tǒng)計理論出發(fā)，將高斯鏈網(wǎng)絡(luò)模型與8鏈網(wǎng)絡(luò)模型通過引入權(quán)重函數(shù)混合起來組成新的超彈本構(gòu)模型，并將其與Treloar經(jīng)典實驗數(shù)據(jù)在單軸拉伸、純剪

4、切和等雙軸拉伸下進行對比。
　　 4.橡膠材料的變形具有典型的時間相關(guān)性，再考慮前述的超彈特性，橡膠是一種黏超彈性材料。本文引入Bergstrom和Boyce提出的黏彈性模型，即BB模型。用BB模型模擬未填充橡膠在平面拉伸模式下的變形行為，并分析了應(yīng)力和滯后損失分別在加載和卸載過程中對應(yīng)變率的依賴程度。
　　 5.炭黑粒子填充到橡膠基體中去，不僅提升了橡膠材料的剛度，放大了應(yīng)力軟化效應(yīng)，同時也讓橡膠材料的黏性表現(xiàn)的更顯著