高阻尼橡胶支座的本构模型研究综述

从弹塑性和超弹性两方面进行了高阻尼橡胶本构理论的推导,综述并对比分析了普通橡胶材料分别基于热力学统计和唯象学建立的常用超弹性本构模型,并以普通橡胶材料本构模型为基础,考虑高阻尼橡胶在大变形下的强化、应变历史相关性以及速度相关性,总结了目前较能精确模拟高阻尼橡胶支座受力特性的几种本构模型,以期为高阻尼橡胶支座的力学性能研究提供理论参考和依据。     

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。     

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。     

超弹性体本构模型的理论和特种试验方法

重点介绍了超弹性体本构模型的基本理论：常用应变能函数形式、应力表达方式、模型适用性。同时详细阐述了构建橡胶超弹性本构模型所需的3类特种测试：单轴拉伸、等双轴拉伸、纯剪切。明确了每种试验的试样制备方法、几何形状、试验条件、设备要求、数据处理方法,指出了利用试验数据建立超弹性本构模型以及非线性分析时的注意事项,对于提高橡胶类材料的有限元分析精度和结果可靠性有重要意义。     

圆柱形橡胶试样压缩变形有限元分析的超弹性本构方程对比研究

采用有限元分析方法预测圆柱形橡胶试样的压缩变形,并与试验数据进行对比,判断不同本构方程的计算精度。结果表明:对于应力-应变试验,仅采用单轴拉伸(UT)试验数据拟合本构方程时,不能单纯依赖拟合精度判断本构方程的优劣;同时采用UT、平面拉伸(PT)和等双轴拉伸(ET)试验数据拟合本构方程时,整体计算精度大幅提升,且可依据拟合精度判断超弹性本构方程的优劣。对于超弹性本构方程,若提供UT,PT和ET试验数据,宜选用拟合精度高的O_Ni,P_Ni,VdW,Marlow等方程;而在仅有UT数据的情况下,则宜选用RP_Ni,AB,Marlow等方程。     

水泥乳化沥青砂浆力学性能的分析模型

基于能量机制研究了中国铁路轨道系统(CRTS)Ⅰ型水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)在6种应变率(3.33×10--5/s~1.67×10--1/s)条件下的力学性能。结果表明:CA砂浆的峰值应力、弹性模量及峰值应力对应的应变均随着应变率的增大而增大,峰值应力对应变率的敏感性最高,峰值应力对应的应变对应变率的敏感性最低,随着应变率的增大,CA砂浆破坏的脆性特征越明显,碎裂程度越高。机械能与耗散能随着变形的增加持续增大,弹性能在峰值应力前不断积累,峰值应力后迅速释放,导致CA砂浆的整体破坏,应变率越大,机械能与耗散能的增加速率越大,弹性能在峰值应力前的积累速率越大,峰值应力后的释放速率越大。采用统计损伤理论建立了CA砂浆的本构模型,拟合结果与试验结果的相关系数均在0.97以上,能够有效预测CA砂浆在不同应变率条件下的力学性能。     

WH型橡胶隔振器静刚度仿真研究

以WH型橡胶隔振器为研究对象，基于超弹性本构理论，应用Abaqus软件建立橡胶隔振器的有限元模型，计算WH型橡胶隔振器的三向静刚度，并与测试结果进行对比。结果表明：对于WH型橡胶隔振器，横向静刚度的计算应选择单轴拉伸＋等双轴拉伸的应力-应变曲线组合，垂向、纵向静刚度的计算应选择单轴拉伸＋平面拉伸的应力-应变曲线组合；本研究探讨的5种超弹性本构模型中，Mooney-Rivlin模型的计算误差最小，Neo Hooke模型仅在描述剪切变形时精度较高，Ogden模型、Yeoh模型和Van Der Waals模型的计算误差较大。     

熔融沉积PLA材料动态力学行为及本构模型研究

为分析低、高应变率下增材制造熔融沉积材料聚乳酸（PLA）的静、动态力学性能,利用万能材料试验机和分离式霍普金森压杆（SHPB）实验装置分别对3种打印速度（40、80、120 mm/s）的PLA材料进行加载应变率为0.000 5、1 000、1 500、2 000 s^-1的静、动态力学性能测试,并观测了试样表面微观形貌。结果表明,PLA材料的弹性模量、屈服应力随应变率的增加而显著增加;微观形貌分析发现,打印速度为80 mm/s的材料缺陷较少,相同应变率下,该打印速度材料的弹性模量和屈服应力明显高于40 mm/s和120 mm/s 2种打印速度材料;静态载荷下,PLA材料会出现明显的弹性和塑性阶段,且塑性段呈现出了应变软化现象;动态载荷下,PLA材料具有显著的黏弹性特征,选取朱-王-唐（ZWT）模型建立了材料的黏弹性本构,该本构模型拟合曲线与实验曲线吻合较好。     

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。     

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。     

不同应变速率下橡胶混凝土损伤本构模型

为获得低应变速率下橡胶混凝土的力学性能,本文进行了不同应变速率下橡胶混凝土的轴压试验,分析了混凝土细骨料的橡胶颗粒体积替换率和应变速率对橡胶混凝土力学性能的影响规律。结果表明,随着应变速率的增加,橡胶混凝土的应力-应变关系曲线和抗压强度均呈现增大的趋势,橡胶混凝土初始损伤值呈现递减的趋势,但应变速率对橡胶混凝土的弹性模量影响不显著。当应变速率从3.3×10^-5/s增加至3.3×10^-3/s时,橡胶体积替换率为0%、20%和30%的橡胶混凝土抗压强度分别增加了31%、24%、10%。当橡胶体积替换率率从0%变化到30%时,承受应变速率为3.3×10^-5/s、3.3×10^-4/s和3.3×10^-3/s的橡胶混凝土抗压强度分别减少了17%、15%、30%;橡胶混凝土的耗能随着加载速率的增加,整体呈现增大的趋势。最后基于试验数据建立了不同应变率下橡胶混凝土的损伤本构关系模型,并采用试验数据验证了新建立模型的准确性。     

冲击荷载作用下掺橡胶颗粒自密实混凝土的力学性能

为探究掺橡胶颗粒自密实混凝土(SCC)在冲击荷载下的力学特性,采用?75 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验方法,对比分析了不同橡胶颗粒掺量SCC的冲击压缩破坏模式及其应力–应变关系,并基于应变等价性假说和统计损伤理论建立了其动态力学本构模型。结果表明:橡胶颗粒的掺入增强了SCC抵抗不同应变率条件下的破坏作用;SCC的动态强度增长因子DIF随应变率的增加而显著增大,且随橡胶掺量的增加,DIF的增长率提高;在应变率相同时,橡胶颗粒对SCC动态强度的增强效果大于普通混凝土;掺橡胶颗粒SCC弹性模量的应变率相关性不明显,但在所调查的应变率范围内,SCC弹性模量有一定的增加,橡胶掺量为0、10%、20%和30%时,其各自的平均弹性模量比静态弹性模量分别提高了35.1%、39.7%、53.3%和57.7%;所建立的本构模型与试验结果吻合较好。     

塑钢纤维-橡胶混凝土应力-应变关系试验研究

对3种水胶比、6种塑钢纤维掺量的橡胶混凝土进行了单轴受压试验研究,测得不同水胶比、不同塑钢纤维掺量的橡胶混凝土应力-应变曲线.根据曲线特点,提出了含有本构参数A、B的塑钢纤维橡胶混凝土单轴压缩本构模型.对应力-应变试验结果进行最小二乘法非线性回归分析,求出本构参数值和纯橡胶混凝土本构参数A、B的数学表达式,明确了立方体抗压强度、橡胶混凝土本构参数及塑钢纤维特征参数与本构参数A、B的关系,得到了塑钢纤维-橡胶混凝土的本构方程.     

压缩型弹性联轴器压装性能的有限元分析

以压缩型弹性联轴器为研究对象,使用ANSYS有限元分析软件建立了弹性联轴器压装模拟模型,橡胶材料采用Mooney-Rivlin超弹模型,使用橡胶单轴压缩试验拟合得到了橡胶材料Rivlin参数,通过摩擦试验测试了不同压装条件下的摩擦系数,分析了压装过程弹性联轴器最大接触应力和平均压缩应力的影响因素。结果表明,法兰内衬孔倒角和摩擦系数对压装最大接触应力均有影响;使用有限元计算的弹性联轴器工作扭矩与实测值比较吻合,并确定了法兰内衬孔直径与弹性联轴器平均压缩应力的关系。     

弹性车轮橡胶块疲劳寿命分析及刚度设计

采用Mooney-Rivlin模型,建立了弹性车轮橡胶块非线性有限元本构模型,并仿真分析和计算了橡胶块运行过程中各工况下的应力和应变;研究了弹性车轮整体刚度与橡胶块使用寿命的关系。结果表明,为保证弹性车轮的使用安全性和经济性,弹性车轮径向刚度和轴向刚度设计范围应在100～200 MN/m和10～20 MN/m之间。     

轮胎胶料超弹性参数研究

在动态剪切模式下对轮胎胶料进行应变扫描,并以此为依据,结合相应的超弹性本构模型对试验数据进行拟合预测。结果表明:Yeoh模型对动态剪切试验数据的拟合效果最佳;三阶Ogden模型对胎面胶动态剪切试验数据拟合效果较四阶Ogden模型好,对胎侧胶和胎圈胶的试验数据拟合结果相近。     

深冷环境下密封橡胶的力学性能研究

在深冷环境下密封橡胶易发生变脆、丧失高弹性等现象,从而导致密封性能降低。密封橡胶的力学性能是评估密封可靠性的重要参数。选择低苯基硅橡胶及以低苯基硅橡胶为基体分别添加全氟聚醚油和聚酰亚胺粉的改性橡胶为研究对象,考察3种橡胶在超低温下的力学性能,在常温(23℃)和超低温(-196℃)下进行单轴拉伸和压缩永久变形试验,并利用有限元软件Abaqus超弹性材料拟合板块对本构模型进行参数模拟,探讨Mooney-Rivlin模型、Ogden模型和Yeoh模型对超低温下密封橡胶的适用性。结果表明:在超低温下,聚酰亚胺粉改性低苯基硅橡胶的密封性能优于其他两种橡胶材料;在单轴拉伸试验拟合中,Yeoh模型拟合误差较小;在压缩试验拟合中,Mooney-Rivlin模型和Ogden模型能更准确地描述橡胶力学性能。     

熔融沉积工艺参数对热塑性聚氨酯弹性体静动态力学性能的影响

为揭示通过熔融沉积成型（FDM）工艺制备的热塑性聚氨酯弹性体（TPU）的静动态力学性能及工艺参数对其力学性能的影响,采用万能材料试验机和分离式霍普金森压杆（SHPB）实验装置对使用3种打印速率（10、40、70 mm/s）和3种喷头温度（200、220、240 ℃）制备的TPU开展准静态（0.01 s^-1）和动态（1 000 s^-1）加载下的力学性能试验,并进行工艺参数优选,同时进一步获取了材料在较宽应变率范围（0.001~2 500 s^-1）的应力?应变样本空间数据。结果表明,准静态和动态加载下,喷头温度220 ℃、打印速率40 mm/s为最优工艺参数;试样在准静态和动态下均具有应变率效应;准静态下试样超弹性特征显著,动态下结合朱?王?唐（ZWT）方程构建的材料黏弹性本构模型拟合曲线与实验曲线吻合较好;采用最优工艺参数制备的试样出现明显“微相分离”现象。     

螺杆泵定子橡胶力学试验及本构模型研究

对螺杆泵定子橡胶材料分别进行不同温度下常规与油浸介质下的单轴拉伸与平面剪切试验。基于试验数据,运用ABAQUS软件,对常规与油浸定子橡胶不同温度下的单轴拉伸与平面剪切组合的应力-应变状态分别采用M-R,Yeoh,Ogden,A-B和VDW五种本构模型进行拟合对比分析,确定出拟合效果较好的螺杆泵定子橡胶材料本构模型为Ogden模型且50℃下模型参数较优。     

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。