橡胶类材料大变形本构关系及其有限元方法

讨论大变形拟不可压缩橡胶类材料的本构关系及有限元分析方法.采用乘法分解,将变形梯度表示成等容和体积变形两部分,在此基础上,推导了克希荷夫应力和格林应变表示的Yeoh 形式应变能橡胶类材料的本构关系及数值处理方法.为处理不可压缩问题,采用三场变分原理,其中静水压力,体积膨胀,以及位移均作为独立变量进行处理.并指出该变分原理同胡鹫津广义变分原理的联系.变形采用相容等参插值,压力及体积膨胀采用低阶插值,推导了详细的有限元列式.最后给出了两个数值算例,结果表明了该方法的有效与可靠.为这类材料的精确的有限元分析打下了良好的基础.

基本载荷作用下橡胶类材料的超弹性力学性能分析

基于有限变形的基本理论,对基本载荷作用下橡胶类材料的超弹性力学性能进行了分析.在高玉臣所提出的橡胶类材料的本构模型的基础上,给出了1种新的不可压缩超弹性应变能函数.引入参数α,当n=1且α=1时,新模型转化为Mooney-Rivlin模型,而当n=1且α=0时,新模型转化为Neo-Hookean模型.利用新的本构关系对橡胶类材料在单轴拉伸以及受内压膨胀2种基本载荷作用下的超弹性力学性能进行了研究,分析了本构参数对单轴拉伸和内压膨胀的影响,指出本构参数n为材料的强化参数,橡胶圆管受内压膨胀时存在失稳现象,其稳定性不仅依赖于本构参数n而且与本构参数α相关.

橡胶类材料大应变时明显硬化的本构分析

对不可压缩各向同性超弹性橡胶类材料引入一种应变能函数来模拟其增强效应.应变能函数中包含了应变不变量,且限制了最大主伸长.对均匀变形的单轴拉伸橡胶类材料进行了计算,实验表明,该函数较好地反映了Mooney-Rivlin型材料的增强效应.

基于用户子程序的橡胶类材料接触分析

基于大型非线性有限元软件MSC.Marc。并利用MSC.Marc提供的二次开发平台,通过编写用户子程序,对刚性楔体和橡胶缺口的接触问题进行了非线性有限元分析。结果表明橡胶缺口的尖端场分为扩张区和收缩区,变形前扩张区十分狭窄,变形后则变得十分宽阔,而收缩区,变形前十分宽阔,而变形后则变得非常狭窄。同时将有限元计算结果与理论解进行比较,结果吻合很好。

用数字圆栅技术研究橡胶类材料I型断裂问题

采用数字云纹技术对橡胶类材料的大变形断裂力学问题进行了实验分析。提出了数字圆环栅和射线栅技术,给出了该技术的测量原理和方法。应用此技术对橡胶薄板材料的I型断裂的裂尖变形场进行了测量,给出了极坐标系下的实验径向位移场ur和环向位移场uθ的分布图,对实验结果进行了详细的分析,并结合大变形断裂的分区理论模型进行了比较与讨论。

橡胶类材料与刚性锥之间的大变形接触问题

应用大变形理论对刚性锥压缩作用下橡胶类材料半空间锥尖附近的应力奇异场进行了分析．研究揭示，奇异场由两个区构成；分别为扩张区（ＥＳ）和收缩区（ ＳＳ）．同时给出了两个区的基本方程、应力奇异性及应力随角坐标的变化曲线．

橡胶类材料缺陷附近的应力奇异场分析

采用 Ｋｎｏｗｌｅｓ和 Ｓｔｅｒｎｂｅｒｇ的本构方程，应用分区法，对平面应变情况下橡胶类材 料典型缺陷一缺口附近的应力奇异场进行了大变形分析．推导得出了缺口附近大变形奇异 场的渐进方程，并对其进行了数值计算．给出了相应的曲线，揭示了橡胶类材料缺口附近 的应为奇异性与缺口角度的关系．

不可压缩橡胶类材料缺口顶端的奇异应力场

借助于新的应变能函数和变形模式，推出了缺口顶端场各区的渐近方程，得到了顶端的完整描述本文结果表明，在靠近缺口顶端处，应力具有Ｒ－λ［－λ＝２δ（１１＋ｎ－ｎ）］的奇异性，应变具有Ｒ－２δ的奇异性对于不同的材料常数和不同的缺口角度，给出了不可压缩橡胶类材料缺口顶端应力及应变分布曲线。

拟合橡胶类材料非等双轴变形数据的显式超弹性势

基于样条插值的直接方法,构造精确符合单轴和等双轴拉伸数据以及剪切数据的大变形超弹性势,给出显式表达式,避免了现有各方法寻求待定参数组达到近似拟合的复杂计算过程;推导了一般变形情形下的应力应变关系,对非等双轴拉伸实验进行了预测,并与Rivlin和Saunders的非等双轴拉伸实验数据进行了对比,预言结果与实验数据一致.

橡胶类材料本构关系与DIANA接口的研究

提出了在有限元通用程序DIANA中加入自定义的材料模型的方法 ,并通过编写程序模块实现自定义橡胶类材料模型与DIANA通用软件平台的接口 .将高玉臣提出的两种关于橡胶类材料大变形的本构理论加入DIANA .为了检验自定义模快的合理性 ,本文给出了两个算例的有限元解 ,并与其解析解进行对比 ,结果吻合得很好 .

橡胶类大变形材料有限元模拟及材料参数的确定

基于Marc平台通过编写U.ELASTOMER用户子程序将文献[2]中所提出的应变能函数导入有限元程序中,对橡胶楔体与刚性缺口的接触问题进行了有限元分析和模拟。结果表明,橡胶楔体与刚性缺口的接触问题,不包含收缩区和扩张区,楔体尖端压入缺口的部分均匀散开,变形区为一均匀区,有限元分析所得到的结果与理论解析解拟合得较好,进一步证明了理论解析解的正确性。

基于单轴数据决定橡胶类材料多轴刚性化有界超弹性势

指出表征橡胶类材料应变刚化效应的现有超弹性模型涉及应变能无穷发散困难,提出新方法解决该困难.基于对数应变不变量的多轴扩张和多轴匹配步骤,建议直接构造橡胶类材料大变形弹性势的显式直接方法.该方法从单轴应力-应变关系直接得到多轴弹性势,所得结果避免了现有各方法决定待定参数组的复杂数值计算,能够准确描述应变刚性化效应,且给出有界弹性应变能,从而避免了前述发散困难.数值结果表明,从单轴数据所得到的弹性势可同时很好的拟合平面应变拉伸(剪切)数据以及等双轴拉伸数据.

橡胶类止水材料超弹性性能的研究与应用

考虑橡胶类止水材料性能对水封设计的重要作用,为了全面描述材料的超弹性性能,采用不同的Rivlin公式对橡胶类止水材料的单向拉伸、单轴压缩和纯剪实验数据进行曲线拟合与研究。结合工程实例,将各模型的拟合参数应用于充压伸缩式水封自由外伸量的非线性有限元计算中,并将计算结果与该水封自由外伸量模型实验进行对比研究。结果表明,2阶5项Rivlin模型能较好地反映橡胶类止水材料的超弹性性能,具有良好的工程适用性,将其应用于闸门水封非线性有限元计算能有效提高精度,这为闸门水封结构的设计和计算提供了有益的参考依据。

显式模拟类橡胶材料Mullins效应滞回圈

通过显式、直接的方法提出一个多轴可压缩应变能函数,用来模拟类橡胶材料在加载-卸载作用下,由于Mullins效应而产生的应力-应变滞回圈.本文的创新点在于将表征能量耗散的变量引入到应变能函数.新的弹性势具有以下两个特点:第一,在加载情况下,新引入的变量不会对弹性势产生任何影响,因此,只要给出合适的形函数显式表达,3个基准实验,包括单轴拉伸和压缩,等双轴拉伸和压缩,以及平面应变,都可精确模拟;第二,新引入的变量在卸载情况下将被激活.在不同的卸载应力下,变量将发生改变,从而影响弹性势,使其最终产生不同的应力-应变关系卸载曲线,与对应的加载曲线共同构成应力-应变滞回圈.通过对Mullins效应实验数据进行分析和研究,得出了卸载形函数在不同卸载应力下变化的规律,并预测不同卸载应力下的应力-应变关系.最后,我们将得到精确匹配实验数据的数值模拟结果,从而证明本文方法不仅可以精确匹配至少3个基准实验,还可以模拟和预测类橡胶材料在加载-卸载作用下由于Mullins效应而产生的滞回圈.

一种新的橡胶材料弹性本构模型

橡胶类材料本构关系对于科学研究和工程应用具有重要意义,但已有的橡胶模型的拟合能力和可靠性需要进一步提高.为解决此问题,本文提出了一种新的橡胶材料的各向同性、不可压缩柯西弹性模型.研究了橡胶材料本构关系的模型形式,基于平面应力变形状态,提出了一种以较大的两个伸长率为自变量、适用于一般变形状态的橡胶材料弹性本构模型形式;研究了橡胶材料在侧面受约束条件下的变形规律,分析了橡胶材料本构关系需要满足的约束条件;在此基础上,结合一个可以通过实验确定的描述平面拉伸变形状态下的橡胶材料力学特性函数,提出一种将该函数拓展为平面应力状态一般模型的方法,并给出了一个具体的函数形式,形成了一个新的不可压缩、各向同性的橡胶材料弹性本构模型.使用5组包含3种类型实验的数据和一组较全面的双轴测试数据对该模型进行了参数拟合,结果表明:该模型具有很好的拟合精度和更高的可靠性,仅用一种类型实验数据,如单轴拉伸或者平面拉伸等,也能获得较好的拟合结果.

基于有理插值方法模拟可压缩类橡胶材料多轴变形行为

提出一个多轴应变能函数来模拟可压缩类橡胶材料在载荷作用下的大变形行为。首先,基于对数应变构造三个不变量,使得应变能函数分别具备可压缩功能、多轴有效功能以及适用于多个变形模式的功能;其次,利用有理插值方法构造单轴形函数,并结合前面引入的三个不变量,通过哈密顿插值方法构建统一的应变能函数;最后,在单轴情况下,应变能函数通过对Hencky应变求导,可以得到对应变形模式下的应力-应变关系。本文通过调节泊松比的大小来控制体积变化从而实现模型的可压缩性;此应变能函数可以模拟单轴拉伸压缩、平面应变以及等双轴拉伸等至少三个基准试验。新方法得到的伸长比-应力关系、伸长比-体积比关系与经典试验数据结果作比较,进而证明方法的准确性和有效性。

橡胶材料硬化的本构模型与有限元分析

针对橡胶类材料大应变时硬化现象,采用国家GB528标准,在室温下通过单轴拉伸本构实验,建立了基于主伸长的连续介质力学的新本构模型,并确定应变能密度函数中的本构参数,再利用简单剪切实验进行参数验证,表明新本构关系的可行性与有效性.最后将新本构方程加入通用有限元软件,利用非线性有限元对平面应力橡胶板进行了计算.

线载荷拉伸作用下不可压缩橡胶类楔体

利用不可压缩材料应变能函数，分析了受集中力拉伸作用下不可压缩橡胶类楔体尖端附近的应力分布及形变行为．给出了楔体尖端应力场的渐近解，当楔体角度为π时，即为半空间受线集中力拉伸的典型问题解．

Objet公司新型类橡胶弹性材料面市

Objet公司新型类橡胶弹性材料面市2007年9月4日,世界超薄层厚光敏树脂喷射成型技术的领导者Objet Geometries公司,宣布推出其FullCure系列的光敏树脂又一新材料产品TangoPlus,FullCure930扩展了Tango家族类橡胶材料,无可媲美的极限拉伸率可提供卓越的韧性和耐久性以及出色的抗冲击性能,可有效防止材料的磨损和老化。广泛适用于任何需要类橡胶弹性和耐久性材料的应用领域,如垫圈,

TangoPlus新型类橡胶弹性材料正式面市

9月4日Objet Geometries公司宣布。推出其Full Cure系列的光敏树脂又一新材料产品TangoPlus、FullCure930，扩展了Tango家族类橡胶材料，无可媲美的极限拉伸率可提供卓越的韧性和耐久性以及出色的抗冲击性能，可有效防止材料的磨损和老化。广泛的适用于任何需要类橡胶弹性和耐久性材料的应用领域，如垫圈、封条、软管，