【摘 要】
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橡胶材料是一种广泛应用于民用和工业的高分子材料,根据成分不同可以分为天然橡胶(Nature Rubber,NR)和通用橡胶,不同类型的橡胶具有不同的材料属性,因而可以适用在各种环境条件下。橡胶材料具有质量轻、可在大变形后回复、制造成本低、可记忆性等特点,其力学性能方面的研究主要集中在超弹性和粘弹性性质以及应变率、大变形对材料力学行为的影响上。本文的主要工作如下:首先,基于超弹性Mooney-Riv
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橡胶材料是一种广泛应用于民用和工业的高分子材料,根据成分不同可以分为天然橡胶(Nature Rubber,NR)和通用橡胶,不同类型的橡胶具有不同的材料属性,因而可以适用在各种环境条件下。橡胶材料具有质量轻、可在大变形后回复、制造成本低、可记忆性等特点,其力学性能方面的研究主要集中在超弹性和粘弹性性质以及应变率、大变形对材料力学行为的影响上。本文的主要工作如下:首先,基于超弹性Mooney-Rivilin模型,针对该模型在不同应变率下需要重新拟合参数的缺点,利用初始应变率下的橡胶材料单轴拉伸应力-应变曲线拟合得到基础参数,并提出了一个应变率相关的“关联因子”,将初始应变率下的九参数Mooney-Rivilin模型与“关联因子”耦合,来预报其他应变率下的材料单轴拉伸应力-应变曲线。其次,研究了橡胶材料的非线性粘弹性力学性能。基于三单元模型将材料的力学响应分为两部分,利用Yeoh模型描述材料的超弹性,利用非线性化的Maxwell模型描述材料的粘性行为,将两部分耦合得到橡胶材料的粘弹性本构关系表达式,并且根据该模型预报了材料的几种与时间相关的粘弹性力学行为。最后,基于橡胶材料的力学特性,结合三单元粘弹性本构模型,利用Arruda-Boyce模型描述材料的超弹性,将适用于玻璃化转变温度的Eying准则推广至室温描述材料的粘性,将两者耦合在一起得到了应变率相关的橡胶材料超-粘弹性本构关系表达式。使用该本构关系对材料的几种力学行为进行了预报,并将本构关系编写为UMAT子程序,在ABAQUS中建模计算,研究本构关系在有限元模拟中的可行性。
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