橡胶材料非线性高弹-粘弹性本构模型

本文提出的修正Zener模型,即以非线性弹簧与粘壶代替原来的线性弹簧与粘壶,得到一种适合橡胶材料在单轴作用下的非线性高弹-粘弹性本构模型。该模型可同时描述加载、卸载及应力松弛行为。模型将应力分解为弹性应力与粘性应力。弹性应力由Yeoh高弹性模型得到;粘性应力由加载及卸载过程的瞬时应力通过积分变换得到。此外考虑到应力松弛的作用,因此将粘性应力分解成两部分：一是在加载、卸载过程所用时间内由应变的改变所导致的粘性力;二是在该时间内由应力松弛所产生的反作用力。最后,将实验结果与该模型的计算结果进行对比,结果表明计算结果与实验结果具有良好的一致性,说明该本构模型可靠、合理。     

有限变形下的橡胶材料非线性高弹-粘弹性本构模型

本文基于唯象学原理提出了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：第一部分基于Yeoh模型计算得到的高弹性应力;第二部分由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,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。利用提出的高弹-粘弹性本构模型模拟不同应变条件下的拉伸、回复、应力松弛及多步松弛在内的复杂加载过程,并与实验值对比,结果表现出良好的吻合性,说明该本构模型的合理、可靠。     

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。     

航空轮胎的准静态粘弹性有限元模型

为了计算粘弹性应力,修正了弹性大位移壳体混合有限元。在单元应变节点采用了内应变变量,并用内应变变量来建立粘性材料模型。一阶常微分方程建立了内应变变量与在应力节点的相应弹性应变的关系式。采用为弹性模量几分之一的粘性模量根据内应变变量可计算出粘弹性应力。在混合变分函数中包含有由于粘性应力而产生的能耗散。这样,可以获得非线性准静态粘弹性平衡公式。为了将粘性项列入公式中,对此前展开的有关非线性弹性平衡公式的泰勒展开式进行了修正。采用预示校正时间步进求解算法进行求解代数微分方程。用粘性壳体元素计算模拟了航空轮胎在与非摩擦表面接触时的梯级负载加载和卸载。     

基于超弹-黏弹本构模型的橡胶材料有限元分析

要确定橡胶制品在外部因素作用下的力学响应,就需要建立起能够精确描述橡胶材料力学性能的本构模型。通过对橡胶材料进行单轴压缩以及应力松弛实验,并与ABAQUS数值模拟相结合,建立并拟合了橡胶材料超弹-黏弹本构模型以及相关参数,同时建立了与实验条件一致的仿真模型。结果表明,实验数据与仿真数据的误差较小,验证了建立的超弹-黏弹本构模型的准确性。     

AC-13级配钢渣沥青混合料粘弹塑本构模型研究

为了研究钢渣沥青混合料非线性粘弹塑性变形特性,提出Schapery模型与改进Swchartz模型组合的积分型粘弹塑本构模型。采用钢渣替换AC-13级配中粒径2.36 mm以上的石灰石粗骨料,制作得到钢渣沥青混合料试件。设计并开展一系列的单轴压缩蠕变实验,通过应力递增蠕变回复实验,获得不同应力条件下材料的弹性、粘弹性应变和粘塑性应变,进而拟合确定本构模型参数。利用0.4 MPa、1.0 MPa下的蠕变回复实验验证模型有效性。结果表明,模型不仅能准确刻画钢渣沥青混合料蠕变过程中的弹性、粘弹性与粘塑性变形,还可用于预测不同应力水平下钢渣沥青混合料蠕变变形规律。     

填充橡胶材料循环加载的本构行为及数值拟合

使用电子万能材料试验机对炭黑填充的橡胶材料进行单轴循环加载,对稳定后的应力-应变曲线进行数值拟合。对加载段的应力-应变曲线采用Marlow,Arruda Boyce,Van der Waals和Yeoh等超弹性本构模型进行描述,对卸载段的应力-应变曲线采用Mullins模型,即应力软化模型进行描述,对永久变形行为采用塑性变形模型进行描述,并使用反分析方法确定Mullins方程的参数。结果表明,Marlow超弹性模型对加载段的应力-应变曲线拟合效果最好,Mullins模型可较好地描述大应变时卸载段的应力-应变曲线,但无法拟合出材料的永久变形行为;将Marlow超弹性本构模型、Mullins模型以及塑性变形理论相结合,可以精确地描述橡胶材料的循环加载与卸载条件下的应力应变行为。     

橡胶材料循环加载的本构行为及数值拟合

使用电子万能材料试验机对炭黑填充的橡胶材料进行单轴循环加载,对稳定后的应力-应变曲线进行数值拟合。对加载段的应力-应变曲线采用Marlow,Arruda Boyce,Van der Waals和Yeoh等超弹性本构模型进行描述,对卸载段的应力-应变曲线采用Mullins模型,即应力软化模型进行描述,对永久变形行为采用塑性变形模型进行描述,并使用反分析方法确定Mullins方程的参数。结果表明,Marlow超弹性模型对加载段的应力-应变曲线拟合效果最好,Mullins模型可较好地描述大应变时卸载段的应力-应变曲线,但无法拟合出材料的永久变形行为;将Marlow超弹性本构模型、Mullins模型以及塑性变形理论相结合,可以精确地描述橡胶材料的循环加载与卸载条件下的应力应变行为。     

隔振橡胶材料基于简单应变模式的 蠕变特性研究

对隔振橡胶材料的单轴拉伸应力松弛试验数据进行归一化处理,应用Prony级数模型对其应力松弛试验数据进行拟合,获得对应的粘弹本构参数。将表征粘弹特性的Prony级数因子引入Ogden超弹本构方程,获得隔振橡胶材料基于时间效应的本构方程,进而分析单轴拉伸、双轴拉伸和平面拉伸模式的蠕变特性,最后采用沙漏弹簧进行蠕变仿真与试验验证。该蠕变仿真预测方法为隔振橡胶材料的粘弹试验、蠕变计算和工程应用提供一种新思路。     

浮法玻璃退火过程中应力变化的数值模拟

浮法玻璃内部在退火过程中产生的应力是应力松弛和结构弛豫共同作用的结果.基于粘弹性理论,采用波尔兹曼叠加原理,并考虑应力松弛和结构弛豫两种因素影响的应力本构方程是一组复杂的积分方程.利用梯形积分法、拉格朗日差值函数并采用离散化的方法可以对其进行数值模拟求解.计算结果同实验数据的吻合度较好,为浮法玻璃退火过程中应力离线实验仿真计算或在线控制运用提供了一种解决方案.     

平板玻璃钢化有限元数值模拟

用非线性有限元分析方法,建立了玻璃的热粘弹性应力松弛数学模型、Narayanaswamy结构松弛数学模型以及热边界模型,对平板玻璃钢化过程进行三维仿真模拟,得到玻璃中心和边界区域的温度与应力的变化历史及分布.为优化设计平板玻璃钢化参数提供了依据,能缩短产品开发周期、降低成本并保证产品质量.     

孔洞平板玻璃钢化及承载仿真模拟

用非线性有限元分析方法,建立了玻璃的热粘弹性应力松弛数学模型、Narayanaswamy结构松弛数学模型,对带孔洞平板玻璃钢化过程进行三维仿真模拟,得到玻璃孔洞周围的应力分布。再把孔洞玻璃板的钢化应力场的最后结果作为初始应力状态导入拉伸模型中,进行孔洞玻璃承载仿真模拟,结果表明孔洞为最先破裂部位。模拟结果有助于在实际钢化生产中采取相应针对性工艺措施,提高玻璃孔周围的残余压应力,增强玻璃强度。     

落锤加载下反应材料的反应性能

为了研究反应材料在落锤加载下的反应性能,利用10kg落锤直接加载反应材料,获得了材料在落锤不同落高加载下的应力—时间曲线;将应力—时间曲线和高速摄影拍摄结果进行了对比,并分析计算了单位质量材料在发生反应时的吸收能量;基于材料的Johnson-Cook本构模型,使用有限元计算软件LS-DYNA计算了加载过程中的材料力学性能变化。结果表明,在无约束情况下使用10kg落锤加载,随着落锤下落高度的增加,应力随时间的变化越快,材料在1000μs时发生反应,对应的临界应力为281MPa,单位质量反应材料在发生反应时吸收的能量为40.9J/g,数值计算结果与实验结果能够吻合,进一步验证了材料Johnson-Cook本构模型的合理性。     

橡胶材料的混合高弹性本构模型研究

基于分子统计理论提出了一种适用于橡胶材料的混合高弹本构模型。采用修正Gaussian模型和修正8-链网络模型的非线性组合分别描述Gaussian变形和非Gaussian变形部分;对于微观层面上的分子链密度和宏观层面上的拉伸比,均将其分解为Gaussian变形和非Gaussian变形部分。不同拉伸模式下的应力-应变试验数据与Treloar数据的拟合对比证明了混合本构模型的适用性,且与Gaussian模型、3-链网络模型和8-链网络模型对比,其精确性有明显提高。     

4,4’-二氨基二苯醚扩链的聚氨酯应力松弛行为

以不同相对分子质量(Mn)的聚四氢呋喃二元醇为软段、4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯和扩链剂4,4’-二氨基二苯醚为硬段,合成了一系列聚氨酯(PU)样品.从唯象的角度,利用标准线性粘弹(SLV)模型研究了其应力松弛特性,根据SLV模型的本构方程,计算出PU的两个松弛时间τ1和τ2,分析了软段Mn与硬段含量对其松弛行为的影响...     

高粘性岩土化学渗透效应数值模型试验分析

粘性岩土是工程建设常用材料,被广泛应用于水利、土木工程等领域,其化学渗透现象所致的“耦合流”受到了地球科学、环境科学、土木工程等的高度重视。以往在抗渗计算时,多依据经验确定粘性土抗渗允许坡降,存在较大的偏差,导致堤坝、基坑等工程建设存在潜在的安全隐患。随着粘性岩土本构关系研究不断深入,非线性本构关系逐渐取代了弹性应力应变关系假定,对于粘性岩土化学渗透效应问题未能达到满意的效果。数值模拟在高粘性岩土化学渗透效应分析中得以应用,利用离散元软件的流体模块数值模拟高粘性岩土渗透破流程,能够反映出粘性土渗透规律,基于此研究分析了粘性岩土化学渗透、反渗透及耦合流原理,构建了粘性岩土化学渗透数值模型。通过测定物理指标、试样制备,对其渗透效应进行数值模型试验,分析了接触连接模型及粒子的生成,合理选取模型微观参数,制定了土样渗透判断标准,并对其运行过程进行介绍。实践证明该方法操作简单,具有一定的合理性,且考虑了粘性岩土应力对地基水平位移、沉降变形及孔压的影响,能够反映出化学渗透效应。     

振动力场下单螺杆挤出机聚合物熔融过程模拟

采用数值模拟方法对振动诱导挤出熔融过程中振动参数的影响规律做了深入系统的研究。利用大型通用有限元软件ANSYS作为汁算机仿真平台，利用振动力场作用下聚合物依时性非线性粘弹特性和自行修正的具有松弛谱特性的Maxwell本构模型，对振动诱导挤出熔融过程在不同振动参数作用下的响应情况进行模拟分析。结果表明在一定振动参数范围内振动力场的引入有利于加速熔融进程。     

PE100燃气管材的非线性蠕变行为及其本构模型研究

对PE100燃气管材开展不同应力水平（2.4~9.6 MPa）下的常温蠕变测试,结果显示应力不超过5.4 MPa时,材料的蠕变柔量与应力水平无关,呈现出线性黏弹性行为,当应力高于5.4 MPa时,材料发生非线性黏弹性蠕变。基于单积分型非线性黏弹性本构理论,采用Findley模型对蠕变行为进行分析,并与Struik经验模型进行比较。结果表明,Findley模型和Struik模型均能较好地描述PE100管材的蠕变行为,但对高应力下的非线性蠕变行为,Findley模型比Struik模型描述得更准确。     

混凝土分数阶应力松弛J体流变模型研究

为了更好地解决混凝土结构的长期稳定性问题以及研究混凝土结构的应力松弛特性,建立一种非定常分数阶应力松弛时效性模型。该模型采用分数阶理论将传统整数阶应力松弛模型进行分数阶化,通过构建损伤变量、时间与模型参数之间的关系,且考虑到分数阶模型的分数阶阶数受时间作用的影响,建立一种新型非定常分数阶的应力松弛时效性本构模型;最后,通过试验数据验证模型的正确性与合理性。结果表明,模型曲线与试验曲线高吻合度,说明采用非定常分数阶模型来反映岩石应力松弛全过程变形规律是合适可行的,其可以较好地描述应力松弛变化全过程,总体上该模型拟合度远远高于J体模型,后者在较大应变作用下,模型曲线与试验曲线具有较大偏离度。     

橡胶材料的本构模型

介绍基于不同理论的橡胶材料本构模型。橡胶材料的本构模型众多，分子统计学本构模型、变形张量不变量本构模型和主伸长本构模型与橡胶材料当前的应变状态有关，与应变过程无关，建模时只考虑弹性效应；热-粘弹性本构模型适用于添加各种配合剂的橡胶材料。