应变率相关的橡胶本构模型研究

为研究橡胶在不同应变率下的响应特性,建立应变率相关的橡胶黏超弹性本构模型,分别采用超弹性本构模型和黏弹性本构模型表征其非线性弹性行为和应变率相关的弹性行为。首先,对于超弹性模型,基于最小二乘法,对比了Mooney-Rivlin模型、修正的Mooney-Rivlin模型、Yeoh模型、修正的Yeoh模型、Ogden模型和Arruda-Boyce模型等超弹性本构模型的拟合能力。结果表明,经修正的Mooney-Rivlin模型和Yeoh模型的拟合优度与Ogden模型和Arruda-Boyce模型接近。在此基础上,基于一种参数较少且拟合效果良好的修正Mooney-Rivlin模型和应变率相关的Maxwell模型,建立了橡胶黏超弹性本构模型,考察了该黏超弹性本构模型在单轴拉伸和单轴压缩情况下中高应变率时的拟合能力。结果表明,对于这两种受力情况下的应变率相关的实验数据,该黏超弹性本构模型的拟合优度均在0.95以上。研究结果为大应变率范围内单轴拉伸和单轴压缩下橡胶的本构模型选择提供了参考。

圆柱体垂直入水三维数值模拟及影响因素研究

为了研究圆柱结构入水冲击响应特性,建立了圆柱体三维数值模型,通过LS-DYNA的S-ALE(structured-arbitrary Lagrange-Euler)算法定义圆柱体与流体之前的耦合接触,来模拟圆柱体垂直入水过程,并通过对比试验圆柱体入水位移及自由液面动态来验证数值模型;基于验证的数值模型分析了圆柱体入水速度、质量和长度对其入水冲击响应特性的影响。结果表明:采用S-ALE算法获得的圆柱体入水冲击响应与试验结果吻合较好;随着圆柱体入水冲击速度增加,加速度峰值和最大入水位移增加,但加速度脉冲持续时间和达到最大入水位移的时刻基本不变;随着圆柱体质量增加,加速度峰值减小,但加速度脉冲持续时间不变,最大入水位移及其达到时刻增大;长度变化对加速度脉冲持续时间基本没有影响,随着圆柱体长度增加,加速度峰值增大,当L/D>3时,长度增加不再影响加速度峰值,入水位移在开始时间段受长度的影响较小,随着圆柱体向下运动,长度影响变得愈加明显,且与圆柱体直径大小有关。

基于损伤模型的2024-O-T42搭接件动态拉伸失效分析

针对高锁螺栓单搭接件所采用的2024-O-T42铝合金,设计狗骨试验件进行准静态与动态拉伸试验,设计六种不同的缺口试验件进行准静态拉伸试验。通过开展拉伸失效仿真,对比Hartley-Srinivasan与Johnson-Cook两种本构模型,以及最大塑性应变失效准则、Johnson-Cook失效模型与GISSMO损伤模型三种失效模型。结果表明,在试验的100 s^(-1)应变率范围内,2024-O-T42铝合金材料流动应力应变率效应不明显,其最大相差约为5%;在不考虑应变率及温度的情况下,Hartley-Srinivasan本构模型比Johnson-Cook本构模型更能准确表征材料塑性段的力学行为;采用Hartley-Srinivasan本构模型和GISSMO损伤模型,高锁螺栓单搭接件在1 m/s、3 m/s、5 m/s拉伸速度下的仿真结果与试验结果吻合更好,且仿真获得的失效位移相对试验失效位移平均值分别偏大4.7%、偏大4.3%和偏小7.4%。