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橡胶材料受力后,产生很大的弹性变形,当外力撤去以后,又能恢复原来的几何形状,且在变形过程中体积几乎不变,许多橡胶材料在大应变时还呈现出应力—应变增强或软化的特性,以满足工程上特殊的要求。准确的本构描述是力学性能分析的基础和关键,长期以来,其本构关系一直是人们研究的热点与难点。
橡胶材料本构关系的研究常常从应变能函数出发,通过其导出应力一应变间的关系。到目前为止,可以模拟各向同性超弹性材料应变增强效应的本构方程研究刚刚开始,且几乎还没有橡胶材料硬化时的本构实验,针对以上问题,该论文主要进行了以下几方面的工作:
1.在不可压Mooney-Rivlin材料极限伸长模型的基础上,通过本构实验,建立新的橡胶材料大应变时硬化的本构模型。应变能密度函数由幂律部分和极限伸长部分组成,进而又推导了单轴拉伸、简单剪切情况下材料硬化时Cauchy应力σ与主伸长λ之间的关系,研究了平面应变时不可压橡胶材料的弹性张量。
2.根据国家规范,对某一配方的橡胶材料进行了大应变的硬化试验。在单轴拉伸实验的基础上,利用最小二乘法对本构方程与实验数据进行了拟合,确定了材料参数,再利用简单剪切试验对本构方程进行了验证,结果初步表明了该文提出的新的本构方程的可行性。
3.用非线性有限元方法,采用新的本构函数,编制了计算程序,对橡胶材料硬化时平面应变问题进行了计算,算例表明该文方法的有效性。该文通过对一类橡胶材料硬化的本构研究,建立了一种新的本构模型,结合实验与非线性有限元的分析,表明该应变能函数较好地描述了橡胶材料在大应变时的硬化现象,为进一步研究橡胶材料的本构特性奠定了基础。