短纤维增强三元乙丙橡胶横观各向同性黏-超弹性本构模型

短纤维增强三元乙丙橡胶包覆薄膜,是一种应用于固体火箭发动机缠绕包覆装药的新型复合材料.为了描述其在工作过程中受振动、冲击等载荷作用时的力学行为,基于黏弹性理论和纤维增强连续介质力学理论,提出了一种考虑应变率强化效应的横观各向同性黏-超弹本构模型.模型中应变能函数被分解为超弹性应变能和黏性应变能,其中超弹性应变能包括表征各向同性的橡胶基体应变能和表征各向异性的纤维拉伸应变能,黏性应变能采用表征橡胶和纤维黏性响应的宏观唯象模型.选取表征各应变能的函数形式,经过数学变换、替代、叠加,求解确定最终的应力应变形式,明确模型参数获取的具体步骤,将预测结果与实验结果对比分析,准确性较高.研究表明:该模型能有效预测材料在低应变率下纤维方向为0?～45?的非线性率相关力学特性;模型形式易于实现有限元开发,对固体火箭发动机装药结构完整性分析具有参考价值.

短纤维增强EPDM包覆薄膜超弹性本构模型

短纤维增强三元乙丙橡胶(EPDM)包覆薄膜用于一种新型缠绕包覆工艺,主要解决复杂构型自由装填药柱外表面可靠性包覆问题.为了描述其在固体火箭发动机工作过程中产生的大变形、非线性和各向异性等力学行为,根据纤维增强复合材料连续介质力学理论,提出了各向异性超弹性本构模型.该模型中单位体积的应变能函数被解耦成两部分:表征各向同性的橡胶基体应变能和表征各向异性的纤维拉伸应变能,通过引入纤维方向对纤维应变能进行修正,给出了通过单轴拉伸、偏轴拉伸实验数据获取模型参数的具体方法.研究结果表明,该模型能够很好地预测材料在纤维方向0°~45°时的各向异性力学特性,并将预测结果与实验数据对比,误差在5%以下.所建立的各向异性超弹性本构模型准确性高、易于实现数值开发,在一定程度上能够为固体火箭发动机的装药结构完整性分析提供理论依据.

短纤维增强三元乙丙薄膜各向异性强度准则研究

芳纶短纤维增强三元乙丙橡胶包覆材料是一种能与固体火箭发动机壳体连续缠绕固化成型的内绝热层材料。为了描述其在工作过程中表现的各向异性力学特性,通过单轴拉伸和偏轴拉伸实验,研究了材料的拉伸破坏机制。基于Tsai-Hill强度准则和余弦级数准则,预测了材料的抗拉强度、断裂伸长率和初始弹性模量随偏轴角度变化的曲线。结果表明,短纤维增强三元乙丙薄膜材料呈现出明显的平面正交各向异性,破坏机制复杂;45°偏轴拉伸法比多轴均值法预测误差小;余弦级数准则不需要通过实验或者计算获取面内剪切强度,且能够保证预测的准确性,实用性较强。

短纤维增强三元乙丙薄膜拉伸破坏率相关Tsai-Hill强度准则

短纤维增强三元乙丙(EPDM)薄膜材料是一种应用于固体火箭发动机装药的新型绝热结构材料,其密度小、耐烧蚀且力学性能良好。基于正交各向异性单向板的Tsai-Hill强度准则,引入率相关函数法和率强度因子法改进,预测材料在不同偏轴方向下的抗拉强度,从而建立一种适用于准静态条件下的率相关各向异性通用准则。研究表明:轴向强度和抗剪强度随应变率的增加而增加;相比于率强度因子法,基于率相关函数法的TsaiHill强度准则对材料抗拉强度的预测精度较高;率强度因子法预测抗拉强度的误差与参考速率的选取和率强度因子的函数表达式有关。