适配器新型基体材料热-粘-超弹本构模型研究

提出了一种描述导弹适配器新型基体材料PU2531在不同温度和不同应变率下的热粘超弹本构模型。利用准静态单轴压缩实验装置和分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,获得不同温度不同应变率下的聚氨酯弹性体的压缩应力-应变响应规律;建立了聚氨酯弹性体材料含温度效应项的粘-超弹本构模型,根据实验结果拟合了本构模型中的相关参数;编写了用户子程序VUMAT,单轴压缩实验结果与数值解模型结果吻合度较高,验证了所建立的本构模型及用户子程序的有效性。

考虑初始缺陷的HTPB推进剂粘超弹本构模型

为研究端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂存在初始缺陷对其宏观力学性能的影响,对定制的不同界面缺陷含量的HTPB推进剂开展了多步松弛和单轴拉伸试验。获得了HTPB推进剂的平衡响应曲线和拉伸曲线。采用Ogden模型拟合了不含缺陷的HTPB推进剂的平衡响应曲线,引入应变率参数M来描述HTPB推进剂单轴拉伸曲线的率相关特性。通过该曲线拟合,得到了不含缺陷的HTPB推进剂的粘超弹本构模型参数。考虑了缺陷的影响,通过引入初始缺陷损伤因子f,构建了含初始界面缺陷的HTPB推进剂的粘超弹本构模型,分步拟合得到了所有模型参数。最后,用本研究所建模型预测了单轴拉伸载荷下的HTPB推进剂的宏观力学性能,结果表明,预测结果与试验结果一致,二者最大偏差仅为4.4%,验证了模型的可靠性。

超弹塑性泡沫连续冲击动力学行为分析的新方法

提出了一个用于表征泡沫非线性卸载与残余变形力学行为的简单方法。结合超弹本构模型与弹塑性本构模型,把塑料泡沫看成由相同横截面积但不同厚度的超弹层与弹塑性层两层叠置而成。两层结构有相同的加载力学行为,表现为线弹性、屈服平台与压实3个阶段,但两层呈现不同的卸载性能。超弹层按照MULLINS效应规律进行卸载,弹塑性层按照线弹性力学行为进行卸载。然后基于EPS(expanded polystyrene foam)的单轴压缩试验结果,获得了超弹层与弹塑性层本构模型中9个参数的结果,这些参数能够同时表征非线性卸载与残余变形力学行为。最后利用两层的本构模型预测了EPS连续多次(3次)冲击动力学响应,试验结果与理论计算结果良好的吻合性证实了所提出的方法的有效性。

全钢载重子午线轮胎有限元模型有效性验证

建立了12R 22.5全钢载重子午线轮胎有限元模型,联合HyperMesh与Ls-Dyna进行径压仿真实验,并将轮胎三向位移、接地印迹参数与实测结果对比。将Mooney-Rivlin模型的参数C10和C01分别由0.2倍扩大至2倍,探究其对轮胎性能的影响。结果表明:仿真结果与实测结果具有良好的一致性,C10、C01对轮胎变形影响显著,与橡胶硬度成较强的正相关。

EPDM包覆层热解状态下的力学行为及本构模型

为了准确描述固体火箭发动机三元乙丙(EPDM)包覆层在不同热解状态下的力学特性,通过热重分析的方法得到EPDM的热解温度范围,并采用准静态单轴拉伸实验的方法获得EPDM在不同热解温度下的应力-应变曲线。以Ogden(n=2)模型为基础,分别对不同热解状态下的力学曲线进行建模,并通过对实验数据的拟合获得模型参数。结果表明,在初始热解状态下,材料只发生了少量的失水和气体的逃逸,其力学行为可通过粘超弹本构模型进行描述;随着材料热解程度增加,基体材料和填充纤维均遭到破坏,其力学行为表现为超弹脆性材料特性。

NEPE推进剂动态力学性能研究

通过改进的分离式霍普金森装置,获得NEPE推进剂在高应变率下的力学曲线。结合超弹性和粘弹性理论,建立一种适合于描述不可压弹性体材料在高应变率有限变形下力学特性的积分型粘超弹本构模型。该模型由两部分组成:基于应变能函数的超弹部分及与应变率和松弛时间函数相关的积分型粘弹部分。其中,超弹部分描述材料在静态下力学特性,粘弹部分则主要用于表征材料动态响应。结合试验曲线获得模型中本构参数,并通过试验数据和模型预测结果对比证明,该模型可较好描述NEPE推进剂高应变率下45%工程应变量范围内的力学特性。

隔振橡胶材料基于简单应变模式的蠕变特性研究

对隔振橡胶材料的单轴拉伸应力松弛试验数据进行归一化处理,应用Prony级数模型对其应力松弛试验数据进行拟合,获得对应的粘弹本构参数。将表征粘弹特性的Prony级数因子引入Ogden超弹本构方程,获得隔振橡胶材料基于时间效应的本构方程,进而分析单轴拉伸、双轴拉伸和平面拉伸模式的蠕变特性,最后采用沙漏弹簧进行蠕变仿真与试验验证。该蠕变仿真预测方法为隔振橡胶材料的粘弹试验、蠕变计算和工程应用提供一种新思路。