树脂基碳纤维丝束本构方程的研究

分析了三维完全各向异性、三维正交各向异性和横观各向同性材料的本构关系,提出树脂基碳纤维丝束采用横观各向同性的本构方程,并基于该方程,通过隐式计算模块Abaqus/Standard中的牛顿迭代法求解材料的拉伸性能,与试验作对比。结果表明:拉伸应力—应变关系曲线与试验值比较吻合,能较好地模拟树脂基碳纤维丝束的形变,较准确地反映拉伸力学响应;该本构方程模型能够有效地预测碳纤维复合材料的拉伸力学行为。     

基于3D打印的PLA材料力学性能研究

熔融沉积增材制造(FDM)的产品力学性能呈现明显的各向异性,传统基于各向同性假设的本构已不再适用于FDM的材料。首先通过拉伸试验获得3D打印的轴拉试件三轴应力应变关系,然后提出基于横观各向同性本构获得3D打印的聚乳酸(PLA)材料弹性常数。相比于各向同性本构而言,横观各向同性本构模型和物性参数更适合于3D打印的PLA材料力学性能表征。     

高密度聚乙烯单轴拉伸力学性能及本构关系研究

利用万能试验机对高密度聚乙烯（PE-HD）进行了单轴拉伸试验,并选取了有效数据进行分析,得到了PE-HD的应力应变曲线,并利用Sherwood-Frost本构模型研究了PE-HD单轴拉伸的力学行为。结果表明,PE-HD的力学性能表现为明显的应变率相关性,屈服应力随着应变率的增大而提高,且屈服应力表现为应变率对数的线性关系; Sherwood-Frost本构模型能较好地描述PE-HD的力学特性。     

ECC动力学性能及动态本构关系研究进展

从ECC优异的力学性质出发,综述了国内外学者对ECC动态性能以及动态本构关系方面的研究进展,总结分析大量学者的试验结果得出温度、应变率、纤维类型以及纤维与基体之间的界面黏结力是影响ECC动态力学表现的主要因素,并从微观的角度分析了ECC各个组分与应变率的依赖性,为ECC动态本构关系的研究提供了依据.当前关于ECC动态本构模型的研究多是以现有混凝土动态本构关系为参考,通过试验数据拟合得到的经验型公式,其中改进ZWT模型和修正HJC本构模型被学者们普遍接受.以ECC实际特性为指标,评述了两种模型的优缺点,并提出现有模型最优适用范围,为有关学者研究ECC动态力学特性以及为ECC在更广阔的领域推广应用提供参考.     

热塑性复合材料本构方程及应用

近年来,许多新型复合材料不断涌现,如热固性复合材料和热塑性复合材料等。这些材料在航空、航天、建筑等领域得到日益广泛的应用。因此,对这些材料力学性能的研究已引起国内外高度重视。本文根据弹性理论,考虑到流体不可压缩的条件,分析热塑性复合材料的力学性能,得出粘性各向异性、横观各向同性材料本构关系;通过细观力学研究,导出材料的粘性参数η11,η12,η22,η23;通过对层合板力学变形的研究,导出粘性各向异性层合板的膜应力和应变速率之间的关系及其实际粘性参数η-ij′,并对所得结果进行讨论。     

温度对胎面胶压缩力学性能的影响

对胎面胶进行准静态单轴压缩试验,研究温度和应变率对其压缩力学性能的影响。采用Mooney-Rivlin本构模型表征胎面胶压缩载荷下的力学行为。结果表明,在低应变率时应变率的影响不明显;在20~90℃温度范围内,随着温度的升高,胶料压缩模量减小。Mooney-Rivlin本构模型拟合与试验结果相符,为不同温度下胎面胶压缩性能分析奠定了理论基础。     

短纤维/橡胶复合材料的数值模拟

应变能密度函数的超弹性体本构模型有各种形式,既有以右Cauchy-Green张量不变量,又有以主伸长为基础,均假设材料为各向同性。对于像传动V带由纤维增强构成的超弹性材料,大多具有横向各向同性特征,则应变能量函数有5个基本不变量,除3个通用基本不变量外,还附加第4和第5不变量。本文提出了一个纤维增强材料超弹性体多项式应变能函数本构模型并确定了其材料常数。     

温度对胎面材料压缩力学性能影响规律研究

环境温度对轮胎胎面材料力学性能有重要影响,它直接影响接地性能。为获取不同温度下胎面橡胶材料的压缩力学性能,进行了准静态单轴压缩实验。基于此,获取不同温度、不同速度下的应力-应变关系,揭示温度及应变率对其压缩力学性能的影响规律。采用Mooney-Rivlin本构模型来表征胎面橡胶压缩荷载下的力学行为。结果表明,在低应变率时应变率的影响不明显;在20-90℃温度范围内,随着温度的升高,橡胶压缩模量减小。Mooney-Rivlin本构模型拟合与实验结果相符,它为不同温度下胎面橡胶压缩性能分析奠定理论基础。     

超弹性本构模型在轮胎有限元分析中的应用

对3种主要的超弹性本构模型进行对比,并基于非线性力学理论对轮胎用橡胶材料单轴拉伸力学行为进行测试;假设橡胶为完全不可压缩材料,给出Neo-Hookean,Mooney-Rivlin和Yeoh 3种超弹性本构模型常数的确定方法;在Ansys软件中采用不同的本构模型对轮胎充气状态的力学性能进行分析.结果表明,在轮胎小变形条件下,线弹性模型的模拟结果与实测值比较吻合.     

有限变形下橡胶材料非线性高弹-粘弹性本构模型

基于唯象学原理提出一种适用于橡胶材料在有限应变条件下的非线性高弹-粘弹性本构模型。该模型将应力拆分为两部分:基于Yeoh模型计算得到的高弹性应力和由Boltzmann叠加原理计算得到的带有率依赖性的粘弹性应力。该本构模型中具有应变依赖性的高弹性应力通过修正Zener模型中的非线性弹簧表示,具有时间及应变依赖性的粘弹性应力通过修正Zener模型中的非线性Maxwell模型表示。利用此本构模型模拟不同应变下的拉伸、回复、应力松弛及多步松弛的复杂加载过程,与试验结果的吻合性良好,说明该本构模型合理、可靠。