帘线/橡胶复合材料各向异性黏-超弹性本构模型

帘线/橡胶复合材料广泛应用于轮胎等重要工程领域,为了描述其在服役条件下的大变形、非线性、各向异性和高应变率等材料力学行为,基于纤维增强复合材料连续介质力学理论,提出了一种考虑应变率效应的帘线/橡胶复合材料各向异性黏-超弹性本构模型.该模型中单位体积的应变能被解耦为便于参数识别的基体等容变形能、帘线拉伸变形能、剪切应变能和黏性应变能四部分.给出了模型参数的确定方法,并通过拟合文献中单轴拉伸、偏轴拉伸实验数据,得到了模型参数.利用该模型预测了不同加载和变形条件下的力学行为,并将预测结果与实验结果对比分析.结果表明,考虑黏性模型和不考虑黏性模型对不同应变率变形条件下的预测结果相差很大,且考虑黏性模型的预测结果与实验结果吻合很好.因此,与不考虑黏性模型相比,所提出的各向异性黏-超弹性本构模型能更好地表征帘线/橡胶复合材料在大变形、高应变率条件下的力学特性.

基于超-黏弹性模型的柔性接头动态力矩计算

柔性接头摆动力矩特性的准确预示对整个柔性喷管的结构精细化设计和推力矢量控制系统的总体设计具有重要意义。为了计算柔性接头在不同工况下的摆动力矩特性,将三阶Ogden模型和Boyce-Bergström迟滞模型结合,建立了一种超-黏弹性本构模型,并基于弹性件橡胶材料力学试验数据,采用模拟退火算法确定了模型参数。通过柔性接头方波和正弦波激励的摆动试验,验证了计算模型及参数的有效性和准确性。结果表明:所建立的本构模型能够有效地描述柔性接头的松弛和迟滞行为,对弹性比力矩预示误差在10%左右,对总比力矩的预示误差在10%以内,在无内压工况下其摩擦力矩预示误差为9.24%。

基于超-黏弹性的牙周膜本构模型构建及模拟

为了准确描述牙周膜的生物力学行为,基于大变形连续介质力学理论及不可压缩各向同性假设,以人体牙周膜平面剪切和应力松弛实验数据为基础,利用有限元软件ABAQUS的数据拟合功能,构建牙周膜的超-黏弹性本构模型及参数。随后,通过对5组牙周膜平面剪切实验过程的模拟,验证牙周膜超-黏弹性模型的正确性。最后,通过有限元计算对比分析牙周膜线弹性模型与超-黏弹性模型对载荷的力学响应。结果表明在牙根位移量为0~0.06 mm时,牙周膜可近似用线弹性模型表示;当位移量大于0.06 mm,两种模型的差异显著,超-黏弹性模型更加符合牙周膜的材料特性。研究结果为牙周膜提供一种实用性强的超-黏弹性模型,为牙齿正畸的生物力学研究和治疗方案的精确设计提供理论依据。

环氧基形状记忆聚合物超弹-黏弹性本构及大应变率相关性

为探讨环氧基形状记忆聚合物(ESMP)在大应变状态下由材料超弹-黏弹性引起的应力软化-刚化效应及率相关特性,针对玻璃化转变温度(T_g)附近ESMP在发生大变形时表现出的应力软化和刚化效应进行力学本构方程及其试验研究.利用2阶多项式的超弹性本构方程替换广义Maxwell模型中的线弹性胡克定律以考虑大应变条件下材料的刚化效应,构造出超弹-黏弹性本构方程,并在真应变速率恒定的条件下推导出具有解析表达式、便于工程应用的材料参数测定公式;采用分段线性位移曲线逼近指数变化位移曲线,在温度高于T_g点的橡胶态及低于T_g点7℃的状态下,分组进行不同应变率的ESMP单轴拉伸试验;利用试验数据拟合得到推导本构方程的材料参数,并对其相应的拉伸试验进行数值模拟,试验结果与模拟结果较为吻合.结果表明:ESMP具备明显的率相关特性;随着应变速率的增大,ESMP的软化效应及刚化效应有所增强;应变速率大的切线模量总是大于应变速率小的切线模量.

橡胶衬套动态特性研究

在橡胶超弹性及黏弹性本构模型基础上,提出超-黏弹性本构模型。以某车前悬架控制臂橡胶衬套为研究对象,建立其动态特性有限元模型,并将仿真结果与试验数据对比。结合已有的橡胶衬套动态特性试验数据,采用自适应响应面法识别得到与研究对象匹配精度较高的频域黏弹性本构模型参数。建立其动态特性相应工况的有限元模型,进而得出橡胶衬套动态特性迟滞回线,求得阻尼角信息,完成橡胶衬套动态特性信息重建。

汽车悬架衬套静动特性分析中缩径量影响研究

为有效开展整车操稳性、平顺性的仿真研究,有必要对影响较大的汽车悬架衬套的静、动刚度范围进行精确设计及控制。采用3阶Ogden超弹性本构模型与3阶PRONY级数黏弹性模型建立某汽车悬架减振器橡胶连接衬套超-黏弹性有限元模型,利用ABAQUS/Standard有限元分析模块分别研究衬套缩径量大小与静、动刚度的关系,得到了不同缩径量下橡胶衬套静、动刚度曲线;结果显示,当缩径量小于0.6 mm时,橡胶衬套静、动刚度随缩径量的增加而增大并呈近似的线性关系;当缩径量大于0.6 mm后,静、动刚度随缩径量增大而增大的速率急剧变大而呈现非线性关系;研究表明,当缩径值达到一定程度后对橡胶衬套静、动刚度值的影响变大;最后通过试验测试发现有限元分析结果与测试结果相对误差在10%以内,证明考虑缩径量影响的汽车悬架衬套静动特性分析的正确性,这对车用橡胶衬套的设计与分析研究具有一定的指导意义。