硅橡胶拉伸力学行为的实验研究

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硅橡胶具有优异的耐高低温、耐油、耐光、耐老化性能以及良好的弹性性能,其作为减震与缓冲结构件被广泛应用在特种车辆、光电仪器仪表、航空等领域。这类构件在其服役过程中可能面临极端温度、高速冲击等加载条件,研究硅橡胶力学性能的温度和应变率相关性对其工程应用具有重要意义。在Instron材料试验机上对邵氏硬度分别为50度(SR50)和80度(SR80)的两种硅橡胶进行了不同温度(-50℃~50℃)下的准静态单向拉伸试验,并采用自动网格法来准确获得试件全场应变信息,以揭示硅橡胶拉伸力学行为的温度相关性。试验结果表明,硅橡胶的拉伸行为呈现明显的非线性特征,且具有显著的温度敏感性。SR80硅橡胶的模量随着温度的升高而降低;SR50硅橡胶呈现出相反的趋势,其模量随着温度的升高而逐渐增大;拉伸变形过程中硅橡胶的体积变化很小且与测试温度无关,可以将其近似看作不可压缩材料。基于试验获得的不同温度下的硅橡胶单向拉伸应力应变曲线,对几种常用的超弹性本构模型进行了考评;为更好地描述硅橡胶在小变形范围内的非线性拉伸力学行为,建立了显含温度的修正Mooney-Rivlin模型,较好地表征了硅橡胶的非线性拉伸力学行为及其温度相关性。为了探究SR80硅橡胶拉伸力学行为的应变率相关性,考察了动态拉伸试件形状和尺寸对试验结果的影响,建立了不同长细比试件之间的应变标定关系,通过试验研究和数值计算确定了适合于动态拉伸试验的试件尺寸。在杆杆型霍普金森拉杆装置上对SR80硅橡胶进行了高应变率下的单向拉伸试验,试验结果表明SR80硅橡胶的拉伸行为存在明显的应变率强化特征。
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