炭黑填充橡胶超弹性力学性能的三维有限元模拟

本文采用随机序列吸附(RSA)方法建立了不同炭黑含量填充橡胶的三维随机细观代表体积单元(RVE),模型中炭黑颗粒位置随机分布,颗粒半径服从均值为32nm的正态分布.以炭黑含量17.1%的填充橡胶为例,详细探讨了确定材料细观模型RVE尺寸L及网格密度的方法,最后利用不同炭黑含量的RVE模型,对炭黑填充橡胶单轴拉伸力学行为进行了模拟.结果表明,炭黑填充橡胶RVE尺寸和粒径比(L/R)大于6时,计算结果几乎不受RVE尺寸影响;确定合适的RVE网格密度既能保证精度要求还能有效提高计算效率;对比有限元结果和实验结果,说明利用本文方法建立的代表体积单元能反映真实材料细观结构特点,能对橡胶宏观力学行为进行预测,对材料设计有一定的指导意义.