橡胶材料因为具有良好的疲劳强度、独特的弹塑性以及优良的密封性和电绝缘等性能被广泛的应用到各个领域。橡胶制品一般使用于动态载荷中,在周期性动态载荷的持续作用下,橡胶材料内部逐渐有细观缺陷产生,之后随着加载逐步发展为宏观裂纹。裂纹的出现不仅会使橡胶制品结构的承载能力下降并且会直接影响到构件的使用寿命。因此,本文针对该问题,对橡胶材料在细观层次上的损伤进行研究。模拟了橡胶材料在疲劳过程中的细观损伤过程,为橡胶制品的改进、设计以及制造提供理论基础。本文基于ABAQUS有限元软件以炭黑填充橡胶材料为研究对象,利用扩展有限元方法对橡胶材料在细观层次上裂纹萌发和扩展过程进行模拟。主要研究内容如下所述:(1)通过对橡胶材料进行相关的力学特性试验,直到材料被拉断为止,得出橡胶材料相关的应力应变曲线、拉伸破坏强度以及塑性参数。利用单轴拉伸、单轴压缩和平面拉伸三类试验的试验数据对橡胶材料的本构模型进行拟合,对比发现三阶Ogden模型的拟合效果在几种本构模型中最为理想,并通过试验数据拟合出橡胶材料本构模型的参数。(2)在ABAQUS中对本文的单核模型进行三维建模。多核模型借助Python语言对随机粒子吸附方法进行编程,通过ABAQUS进行可视化显示,对炭黑填充橡胶在细观层次上的多核结构进行三维建模。通过有限元软件对三维模型进行网格划分和质量检查,并对不同单元类型划分后的单核模型进行拉伸试验。发现四面体单元与六面体单元分析结果有所不同,但差异不大,对于多核RVE模型的有限元分析结果没有显著影响,即可以使用四面体单元进行分析计算。(3)在ABAQUS中经过材料参数的赋予、载荷加载和施加边界条件、建立分析步,提交计算分析,得出橡胶材料在细观层次上不同结构的应力应变分布云图以及最大应力应变位置与数值,并绘制应力应变曲线与单轴拉伸试验曲线作对比,对分析的可靠性进行验证。通过对不同结构得出的应力应变曲线进行对比发现:在一定的范围内,炭黑对橡胶性能有增强作用,而且含量越高,增强作用越明显,空穴则起到相反的作用。结果还表明,炭黑的增强作用不仅与含量有关,而且还与界面粘结强度有着密切关系。(4)在静力分析的基础上,利用扩展有限元方法对橡胶材料在细观层次上不同结构进行有限元损伤分析,得出不同结构在受载时裂纹出现的位置及扩展的路径。发现各结构裂纹出现的位置与静力分析时应力应变集中的位置基本上一致,其预测结果与现有的研究结果基本相符合,而且炭黑和橡胶基体之间的界面强度对结构在受载时损伤的位置有一定影响。