轮胎胶料在较大变形范围内准静态力学性能的研究——测试、表征以及细观数值本构模型
  • 【DOI】

    10.7666/d.y671835

  • 【摘要】

    本文对橡胶材料准静态力学行为的宏观测试与表征以及炭黑填充胶料的细观本构模型研究现状进行了综述,并指出现有的大变形测试技术并不适用于较大变形测量,现有本构模型的不完备之处也集中反映在较大变形阶段,其中最为关键的问题是现有超弹性本构模型对于较大变形非线性弹性行为的描述存在偏差.根据轮胎胶料实际处于较大变形的工况,本文围绕胶料在较大变形范围内的准静态力学行为测试和表征以及细观分析开展了较为系统的研究.在... 展开>>本文对橡胶材料准静态力学行为的宏观测试与表征以及炭黑填充胶料的细观本构模型研究现状进行了综述,并指出现有的大变形测试技术并不适用于较大变形测量,现有本构模型的不完备之处也集中反映在较大变形阶段,其中最为关键的问题是现有超弹性本构模型对于较大变形非线性弹性行为的描述存在偏差.根据轮胎胶料实际处于较大变形的工况,本文围绕胶料在较大变形范围内的准静态力学行为测试和表征以及细观分析开展了较为系统的研究.在岛津材料试验机上,建立了一套数据-图像同步采集系统并实施轮胎胶料较大变形范围力学行为测试.成功地将自动网格法应用于轮胎胶料较大变形测量;还提出了采用分区函数形式拟合位移场的方法,成功进行了平面拉伸试验非均匀变形场的后处理.提出了较大变形下的标定图像误差分析法,以此验证了自动网格法满足较大变形测量的精度要求.在较大变形范围内进行了轮胎胶料准静态单向拉伸和非均匀平面拉伸试验,为较大变形范围内超弹性本构模型的研究提供了试验依据.对几种经典超弹性本构模型以及考虑约束的超弹性本构模型作了进一步的分析评估,揭示了这些模型难以准确表征胶料较小和较大变形力学行为的原因,即这些模型均未合理的考虑较大变形范围内真实分子网络内部链间相互作用的影响.在此基础上,结合八链模型和Van der Walls模型的优点,提出了一个新的修正八链本构模型,该修正模型能够准确的表征胶料较大变形范围内单向拉伸力学行为.在对填充胶料的几种细观本构模型分析的基础上,提出了新的"第一不变量放大"关系,并获得了较为合理的预报结果.对Bergstrom等的三维多颗粒随机夹杂数值本构模型提出了网格修正方案,即改善了菱形十二面体基元的网格划分,消除了病态单元;又在此基础上,建立了颗粒均匀随机分布模型和颗粒团簇随机分布模型,数值计算结果与试验数据对照表明,修正的三维数值模型已能在一定程度上预报填充胶料较大变形力学行为,且颗粒团簇随机分布模型的预报能力则更好一些.另一方面,数值模型的计算结果也支持了新的"第一不变量放大"关系.最后对今后的工作进行了展望. 收起<<

  • 【作者】

    夏勇 

  • 【学科专业】

    固体力学

  • 【授予学位】

    博士

  • 【授予单位】

    中国科学技术大学

  • 【导师姓名】

    夏源明

  • 【学位年度】

    2004

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    橡胶材料  准静态力学  宏观测试  本构模型  大变形测试