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轮胎胶料在较大变形范围内准静态力学性能的研究——测试、表征以及细观数值本构模型

专 业: 固体力学
关键词: 橡胶材料 准静态力学 宏观测试 本构模型 大变形测试
分类号: TQ330.1  O343
形 态: 共 130 页 约 85,150 个字 约 4.073 M内容
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内容摘要


本文对橡胶材料准静态力学行为的宏观测试与表征以及炭黑填充胶料的细观本构模型研究现状进行了综述,并指出现有的大变形测试技术并不适用于较大变形测量,现有本构模型的不完备之处也集中反映在较大变形阶段,其中最为关键的问题是现有超弹性本构模型对于较大变形非线性弹性行为的描述存在偏差。

根据轮胎胶料实际处于较大变形的工况,本文围绕胶料在较大变形范围内的准静态力学行为测试和表征以及细观分析开展了较为系统的研究。

在岛津材料试验机上,建立了一套数据-图像同步采集系统并实施轮胎胶料较大变形范围力学行为测试。

成功地将自动网格法应用于轮胎胶料较大变形测量;还提出了采用分区函数形式拟合位移场的方法,成功进行了平面拉伸试验非均匀变形场的后处理。

提出了较大变形下的标定图像误差分析法,以此验证了自动网格法满足较大变形测量的精度要求。

在较大变形范围内进行了轮胎胶料准静态单向拉伸和非均匀平面拉伸试验,为较大变形范围内超弹性本构模型的研究提供了试验依据。

对几种经典超弹性本构模型以及考虑约束的超弹性本构模型作了进一步的分析评估,揭示了这些模型难以准确表征胶料较小和较大变形力学行为的原因,即这些模型均未合理的考虑较大变形范围内真实分子网络内部链间相互作用的影响。

在此基础上,结合八链模型和Van der Walls模型的优点,提出了一个新的修正八链本构模型,该修正模型能够准确的表征胶料较大变形范围内单向拉伸力学行为。

在对填充胶料的几种细观本构模型分析的基础上,提出了新的第一不变量放大关系,并获得了较为合理的预报结果。

对Bergstrom等的三维多颗粒随机夹杂数值本构模型提出了网格修正方案,即改善了菱形十二面体基元的网格划分,消除了病态单元;又在此基础上,建立了颗粒均匀随机分布模型和颗粒团簇随机分布模型,数值计算结果与试验数据对照表明,修正的三维数值模型已能在一定程度上预报填充胶料较大变形力学行为,且颗粒团簇随机分布模型的预报能力则更好一些。

另一方面,数值模型的计算结果也支持了新的第一不变量放大关系。

最后对今后的工作进行了展望……

全文目录


文摘
英文文摘
第一章 绪论
1-1引言
1-2橡胶材料准静态力学性能试验
1-2-1多种变形状态下的试验形式
1-2-2变形测量方法
1-2-3橡胶材料可压缩性试验研究
1-3橡胶材料准静态较大变形和大变形力学行为的主要特征
1-4橡胶材料超弹性本构模型
1-4-1分子网络模型
1-4-2唯象理论模型
1-4-3考虑约束的超弹性本构模型发展
1-4-4橡胶材料可压缩超弹性本构模型
1-5橡胶材料其他性能的研究
1-5-1 Mullins效应的研究
1-5-2时间相关性/温度相关性研究
1-6颗粒填充胶料细观力学理论及数值模拟
1-6-1小变形非均质复合材料细观力学理论
1-6-2大变形非均质复合材料细观力学理论
1-6-3非均质复合材料细观数值本构模型
1-7本文目的和内容
第二章 自动网格法及其在轮胎胶料较大变形测量中的应用
2-1较大变形范围内轮胎胶料力学行为的数字化测试系统
2-1-1信号和图像的数字化同步采集系统
2-1-2胶料试件及其夹持
2-2自动网格法简介以及在胶料测试中的应用
2-2-1胶料试件表面网格点阵制作
2-2-2网格点阵的拍摄
2-2-3网格点阵图像的预处理
2-2-4位移场信息的后处理
2-2-5应变场计算
2-3实验系统测试精度分析
2-4本章小结
第三章 较大变形范围内轮胎胶料力学行为的实验研究
3-1应力应变曲线的三种表示
3-2较大变形范围内轮胎胶料单向拉伸试验结果
3-3胶料力学行为的调制应变相关性
3-3-1一定调制应变下胶料的循环加卸载试验
3-3-2调制应变相关性
3-4胶料力学行为的时间相关性
3-4-1准静态下胶料单向拉伸力学行为的应变率相关性
3-4-2多步松弛加卸载试验
3-5炭黑填充对胶料力学性能的影响
3-5-1炭黑填充对胶料单向拉伸应力应变关系的影响
3-5-2炭黑填充对胶料迟滞损耗的影响
3-6单向拉伸变形过程中胶料的体积变化
3-7非均匀平面拉伸试验结果
3-8本章小结
第四章 轮胎胶料较大变形超弹性本构模型研究
4-1超弹性本构模型的基本框架
4-1-1热力学关系
4-1-2变形和运动的描述
4-1-3应力应变关系
4-1-4应变能密度函数
4-2较大变形范围内不可压缩超弹性本构模型研究
4-2-1不可压缩超弹性本构模型的应力应变关系
4-2-2若干超弹性本构模型表征大变形能力的分析评估
4-2-3若干超弹性本构模型表征较大变形能力的分析评估
4-2-4广义Kilian项的引入和修正八链模型
4-2-5修正八链模型对较大变形单向拉伸试验的拟合结果
4-3较大变形范围内可压缩超弹性本构模型研究
4-3-1解耦形式下的应力应变关系
4-3-2等容部分和体积变化部分的应变能密度函数形式
4-3-3总应变能密度函数
4-3-4可压缩胶料试验结果的修正模型完整拟合
4-4较大变形范围内修正八链模型预报能力的考察
4-4-1平面拉伸有限元计算模型
4-4-2非均匀平面拉伸试验的数值模拟
4-5本章小结
第五章 炭黑颗粒填充胶料细观数值本构模型
5-1炭黑填充橡胶的细观形貌
5-2大变形非线性弹性复合材料细观本构模型
5-2-1应变能密度函数关系
5-2-2“变形放大”关系
5-2-3单向拉伸应力应变关系
5-3细观数值本构模型的边界条件
5-3-1周期性边界条件
5-2-2体积代表单元的平均应力
5-2-3其它位移边界条件
5-3二维数值本构模型
5-4三维数值模型
5-4-1三维模型计算策略考评
5-4-2颗粒随机分布
5-4-3三维数值模型计算结果
5-5本章小结
第六章 总结与展望
6-1全文总结
6-2展望
参考文献

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中图分类: > TQ330.1 > 工业技术 > 化学工业 > 橡胶工业 > 一般性问题
其他分类: > O343 > 数理科学和化学 > 力学 > 固体力学 > 弹性力学

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