基于有理插值决定橡胶类材料大变形弹性势的显式直接途径

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橡胶材料广泛应用于各种工程结构以及机械设备当中,橡胶材料具有柔软性,耐磨性,绝缘性,不透水和不透气等优良性质。研究橡胶材料的力学行为特征对于工程应用和科学技术都具有重大意义。橡胶材料的高弹性行为特征,也就是应力应变关系。根据热力学原理,橡胶材料的应力应变关系可以根据其弹性势推导得出。在这篇文章当中,我们基于对数应变提出一种构造橡胶大变形多轴弹性势的直接显示方法。这个弹性势能够精确匹配四组基准实验(单轴拉伸实验,等双轴拉伸实验,平面拉伸实验和剪切变形实验)的实验数据。首先,根据橡胶单轴拉伸实验和剪切变形实验所得到的两组实验数据,我们利用有理插值函数分别得到这两组实验的应力应变关系,通过积分可以得到这两种情况下的两个一维弹性势。然后,根据对数应变引入一种桥联方法和匹配方法来组合上述两个一维弹性势,也就是引入两个不变量来组合这两个一维弹性势,并再引入一个材料参数,最后获得一个多轴弹性势。所得到的多轴弹性势由五个参数表征,其中四个参数由单轴实验和剪切实验的实验数据直接决定,剩下一个参数用来匹配一般双轴拉伸实验的实验数据。这样,所得到的多轴弹性势能够自动匹配单轴拉伸实验和剪切变形实验的实验数据,进一步地,我们提出这四组基准实验之间的两个普遍关系,从而证明这个多轴弹性势能够精确匹配这四组基准实验的实验数据。之后从这个多轴弹性势推导出一般双轴拉伸情况下的应力应变关系,并与R.S. Rivlin和Saunders在1951年所做的的一般双轴拉伸实验的实验数据进行对比。模型预测结果和实验结果一致。
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