聚脲弹性体因其优异的力学性能,在众多领域中有着广阔的应用前景。在对其性能及应用进行研究时,材料动态力学特性及其本构模型是材料开发与应用的重要基础,特别是在抗爆炸冲击防护方面。本文以XS-350型聚脲弹性体为研究对象,利用MTS万能实验机、Instron VHS动态实验机及霍普金森杆实验系统对材料进行了广应变率(0.001/s至7000/s)的力学性能实验,采用SEM对材料断口进行了分析,研究了聚脲材料的力学特性,基于九项Mooney-Rivlin方程,获得了应变率相关的本构模型及其参数,并验证了模型的有效性。主要工作及结论如下:(1)聚脲弹性体受拉压载荷作用时,表现出明显的非线性、率相关性和应变硬化效应。应力应变曲线可分为线弹性段、高弹性段和密实段,相同应变率下的拉伸和压缩应力应变曲线的形式基本相同,拉伸应力应变曲线始终位于压缩应力应变曲线上方。材料变形时应变均匀分布,实验段任意位置的截面积均以相等的速率减小。随着应变率的增加,材料的屈服应变逐渐减小,屈服应力随之增加;高弹性段的应变范围降低,材料会更快地进入密实段,应变硬化效应愈发明显;材料经历了从低应变率的橡胶态向高应变率的玻璃态转化的过程。(2)拉伸破坏的断口形式分为平滑断口和粗糙断口,破坏模式为分层撕裂破坏和裂纹贯穿破坏。准静态的断口表面较为光滑,动态拉伸的断口表面极为粗糙,这与聚脲的低应变率下的橡胶态和高应变率下的玻璃态的性质有着密切的联系;同时发现拉伸破坏的主要原因是材料内部缺陷造成的裂纹扩展,裂纹传播的平面与载荷方向垂直,裂纹并不会沿着载荷方向传播。(3)基于九项Mooney-Rivlin方程提出了应变率相关的本构模型,该模型在描述聚脲弹性体在高应变率及以下范围内的力学特性时具有较高的适应性,可以很好地反映材料的非线性、率相关性及应变硬化效应。