基于虚拟制备的金属橡胶各向异性本构特性研究

金属橡胶是一种各向异性的多孔材料,其本构特性常靠人工经验或试验获得,内部复杂的螺旋网状结构无法通过测试手段弄清机理。为此,运用虚拟制备技术与数值动态重构等手段,深入探究金属橡胶内部空间几何拓扑结构和弹簧微元间接触摩擦机理,结合扫描电子显微镜（Scanning electron microscope,SEM）中材料的微观形态进一步解释金属橡胶在宏观上的各向异性力学行为。通过引入弹簧微元组合概率分布以及空间局域性孔隙分布的概念,有效表征金属橡胶材料内部弹簧微元无序式网格互穿结构。充分考虑金属橡胶细观上的空间拓扑结构与微观摩擦机理参量,以及包含了材料形状、相对密度、金属丝直径、螺旋卷螺距、金属丝弹性模量等宏观制备参数,构建能够反映金属橡胶细观结构特征与宏观性能相一致的各向异性本构模型。通过与材料准静态压缩试验结果对比分析,采用残差分析定量验证。结果表明,提出的金属橡胶各向异性的本构模型,能够有效地反映与预测金属橡胶材料的复杂各向异性力学行为,为材料的深入研究与应用普及提供一定的理论指导。