填充橡胶本构模型研究进展

橡胶材料本构模型及其在工程设计中的应用橡胶材料是一种具有特殊性能的高分子材料，在工程设计中具有广泛的应用。

橡胶材料的本构模型是工程设计中不可忽视的重要部分，它描述了材料的力学行为和性能，对于优化设计、预测材料寿命和性能至关重要。

1. 橡胶材料的力学特性橡胶材料具有高度的弹性和可塑性，能够在较大的应变范围内发生可逆变形。

这种特性使得橡胶材料在工程设计中广泛应用于缓冲、密封、减振等领域。

橡胶材料的力学特性与其分子结构密切相关。

橡胶分子链上的交联点使得材料具有高度的可拉伸性和回弹性，同时也决定了材料的耐磨性和耐化学性。

此外，橡胶材料中的填料还会影响其力学性能，如增强材料可以增加材料的强度和刚度。

2. 橡胶材料的本构模型橡胶材料的力学行为通常可以由本构模型来描述。

本构模型是基于一些假设和实验数据，通过数学公式来表达材料的应力与应变的关系。

常见的橡胶材料本构模型有胶粘弹性本构模型和超弹性本构模型。

胶粘弹性本构模型主要用来描述橡胶材料在低频振动或大变形条件下的力学行为。

它通过组合弹性、粘性和黏弹性部分，可以较好地描述橡胶材料的非线性、时变行为。

常见的胶粘弹性本构模型有Maxwell模型和Burgers模型等。

超弹性本构模型主要用来描述橡胶材料在小应变范围内的力学行为。

它假设材料满足能量守恒和等效应力功率关系，通过超弹性函数来描述应力与应变之间的关系。

常见的超弹性本构模型有Mooney-Rivlin模型和Ogden模型等。

3. 橡胶材料本构模型在工程设计中的应用橡胶材料的本构模型在工程设计中有着重要的应用价值。

首先，本构模型可以用来预测橡胶材料的性能和行为。

通过对材料进行拉伸、压缩、剪切等实验，得到的实验数据可以用来拟合本构模型参数，从而预测材料在特定载荷下的应力和应变分布。

其次，橡胶材料的本构模型可以用于优化设计。

在工程设计中，橡胶材料通常需要满足一定的性能要求，如承载能力、耐磨性等。

通过建立合适的本构模型，并结合优化算法，可以得到最优的材料形状和结构，以满足设计要求。

epdm薄膜橡胶包覆材料的粘-超弹本构模型研究摘要：本研究旨在分析epdm薄膜橡胶包覆材料的粘-超弹性本构模型。

为此，实验研究中采用了拉伸、压缩、剪切和滚动测试。

研究结果表明，在拉伸过程中，epdm薄膜橡胶的弹性模量在10kPa-1000kPa之间变化较大，而在压缩拉伸过程中，模量基本保持不变。

此外，剪切和滚动测试表明，由于EPDM薄膜橡胶具有优异的粘合弹性特性，因此可以应用于各种行业中。

例如，它可以用于制造高质量的密封件，可以帮助降低系统泄漏和损坏的风险。

同样，EPDM薄膜橡胶可以用于阻尼装置，可以减少由于强度变化而引起的冲击和振动。

除此之外，EPDM薄膜橡胶还可以用于家具和家用电器，以减少使用者受到的损伤。

而且，它还可以用来制作高性能的导热垫，可以有效地减少工厂的热损失。

此外，EPDM薄膜橡胶还用于制作软管和电缆线，可以增强其耐久性和抗拉强度，可以有效保护电气系统免受破坏。

因此，EPDM薄膜橡胶是一种多功能材料，可以满足各种应用要求。

此外，EPDM薄膜橡胶还可以用于建筑行业，主要是用于制作隔热材料，防止室内温度的变化对建筑物结构产生不利影响。

EPDM薄膜橡胶也可以用于过滤器或制作过滤器外壳，有效减少污染物的污染。

此外，它还可以用于船舶、汽车和其他交通工具，使之具有更强的抗老化性和耐腐蚀性。

最后，还可以将EPDM薄膜橡胶用于制造建筑材料，如PVC管道和橡胶地板，增强其耐磨性和抗氧化性。

因此，EPDM薄膜橡胶在各种行业中都有广泛的应用，为消费者提供了很多实用的解决方案。

此外，由于EPDM膜橡胶对温度有一定的要求，因此在使用过程中需要注意。

例如，当它暴露在115°C以上的高温环境中时，其性能会大大降低，而在低温下，其抗紫外线性能也会受到影响。

此外，它也不适合长期暴露于酸碱性材料中，因为它们会破坏EPDM薄膜橡胶的结构，减弱其性能。

因此，在使用EPDM薄膜橡胶时，应避免将其暴露于高温或酸碱性材料中，否则它的性能会受到不利影响。

橡胶材料本构模型的有限元分析及参数拟合
谢伟
【期刊名称】《福建建材》
【年(卷),期】2022()4
【摘要】橡胶是典型的超弹性材料,在外力作用下会发生非常大的变形,外力卸载后可以完全恢复至初始状态,且具有几乎不可压缩的性质,这使得其力学性能非常复杂,难以用常规的材料属性去描述。

因此,对橡胶材料的力学行为进行数值模拟分析具有十分重要的工程意义。

以橡胶材料的基础力学试验为基础,介绍了几种常见的超弹性本构模型,通过ABAQUS软件建立了相应的计算模型,得到了橡胶材料应力应变曲线,验证了有限元分析的合理性,为进一步研究橡胶材料的性质打下了基础。

【总页数】4页(P11-14)
【作者】谢伟
【作者单位】安徽理工大学土木建筑学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ3
【相关文献】
1.柔性接头弹性件超弹性本构参数拟合和低压摆动非线性有限元分析
2.本构方程对橡胶材料裂纹尖端J积分有限元分析结果的影响
3.填充橡胶材料循环加载的本构行为及数值拟合
4.一次拟合法与二次拟合法求解模型参数的研究——以林分密度控制图等上层高线模型拟合为例
5.基于Mooney-Rivlin模型和Yeoh模型的橡胶材料有限元分析
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橡胶材料的本构模型橡胶材料的本构模型是描述橡胶材料力学行为的数学模型。

本构模型是材料力学研究中的重要理论工具，通过数学方程形式对材料的应力-应变关系进行描述。

橡胶是一类具有高可拉伸性和高回弹性的材料，其力学行为与其他材料有很大的不同，因此需要特别的本构模型进行描述。

在橡胶材料力学行为的研究中，最广泛应用的两个本构模型是针对小变形的线性弹性模型和针对大变形的高度非线性模型。

线性弹性模型是最简单的橡胶本构模型，假设橡胶材料的应力和应变之间是线性关系。

这个模型适用于小变形范围内的橡胶材料力学行为分析，可以方便地通过材料的弹性常数进行描述。

线性弹性模型的基本形式为：σ=Cε其中，σ表示应力，ε表示应变，C为弹性常数。

线性弹性模型可以通过杨氏模量和泊松比来描述橡胶材料的力学性质。

然而，橡胶材料的应力-应变关系在大变形情况下会呈现高度非线性行为。

在这种情况下，采用线性弹性模型进行描述就不合适了。

因此，需要使用高度非线性的本构模型。

高度非线性的本构模型主要有聚合物链模型、统计力学模型、应变能密度函数模型和粘弹性模型等。

这些模型的共同特点是考虑了橡胶材料的非线性变形，并可以用来描述大变形下橡胶材料的应力-应变关系。

聚合物链模型是最简单的非线性本构模型之一、它通过一维线性弹簧链表示聚合物链，考虑了链的拉伸、弯曲和扭转等非线性效应。

通过调整弹簧的弹性系数和链的长度可以得到不同力学行为的橡胶材料的本构关系。

统计力学模型基于聚合物链模型进一步发展，考虑了链的各向异性和随机性。

该模型通过统计力学方法，描述橡胶材料中具有不同平衡态的链的分布情况，并计算出平衡态下的应力-应变关系。

应变能密度函数模型是一种常用的非线性本构模型。

它将应变能密度函数表示为材料的位移梯度和位移梯度的统计平均，通过这个函数可以计算得到材料的应力-应变关系。

粘弹性模型是描述橡胶材料在弹性行为和粘性行为之间转变的一种本构模型。

在这个模型中，应力和应变同时取决于弹性效应和粘性效应，并通过两个弹性模量和一个粘性模量来描述材料的力学行为。

第3章：橡胶材料的基础实验及本构模型作为一种具有良好弹性性能的工程材料，硫化橡胶早在19世纪就被广泛应用于密封、承载、减振降噪等工业领域。

而橡胶轨道减振器的使用则是最近20年来的事情，然而，不同于金属材料仅需要几个参数描述其材料特性，橡胶的行为复杂，材料本构关系是非线性的。

它的力学行为对温度，环境，应变历史，加载的速率都非常敏感，这样使得描述橡胶的行为变得更为复杂。

而橡胶的制造工艺和成分也对橡胶力学性能有显著的影响。

简单依赖单向拉伸性能实验并不能完全描述材料包括压缩及剪切在内的所有力学行为，这也意味着对橡胶轨道减振器进行有限元分析和结构模拟，必须对橡胶材料进行包括拉伸、压缩，剪切及体积实验等在内的全部基础实验。

3.1 橡胶基础实验简介描述橡胶材料的基础实验有8种（如图3-1）：单轴拉伸和压缩实验，双轴拉伸和压缩实验，平面拉伸和压缩（纯剪）实验以及测定体积变化的实验（拉或压）。

在长期的研究和实验，发现从单轴拉伸，双轴拉伸，平面拉伸及体积压缩实验中能够获得足够精确的实验数据。

因此，目前国际上定义橡胶材料力学行为的实验为：单向拉伸、双向拉伸、平面剪切及体积压缩。

图3-1 橡胶材料的8种基础实验对有限元分析所用的实验数据，一个重要的要求是，实验时实验试样应能达到“纯”的应变状态，这样得到的应力应变曲线是我们期望的能代表橡胶的行为特性的状态。

有限元程序通常需要输入的应力应变实验数据范围应大于要分析结构的预期的最大应力应变范围。

通常，理想状态应该是测得在几种准静态荷载模式下的应力应变曲线，这样可以选择出最合适的材料的本构模型以及反映这种模型的参数。

图3-2是本课题研究工作中所用到的一组橡胶材料数据，该实验在美国AXEL实验室完成，材料是公司生产轨道减振器产品所用配方。

图3-2 橡胶基础实验数据3.2 橡胶材料的基础实验3.2.1单轴拉伸实验单轴拉伸实验是最常用到的一种实验，有很多种橡胶拉伸的实验标准。

但是为有限元分析的实验要求比标准的实验方法还要高些，最为明显的是实验要达到一个纯的拉伸状态，也就是实验应该尽量减小对试样侧面的约束。

低温环境下橡胶材料超弹性本构模型探究橡胶材料作为一种高分子材料,由于具有很多良好的化学和物理性能,在飞机、汽车、电子、船舶及建筑物中使用广泛,常被作为减震部件和吸能材料来使用,有着很重要的工程实用价值。

研究表明,橡胶作为一种超弹性材料,它的力学性能对温度影响比较敏感,特别是在低温状态下,其优越的力学性能必将受到很大影响或者将失去高弹性从而丧失其使用价值。

所以研究橡胶材料及其制品在低温下的力学性能具有非常重要的理论意义和实际价值。

人们一般用超弹性理论来描述橡胶的力学性能。

橡胶材料具有材料、几何的双重非线性,同时又有非常复杂的分子特性,这使得要建立精确的数学模型描述其力学性能更加困难。

目前复杂的数值技术已逐步成为评价橡胶制品力学性能的主要手段。

然而数值分析时所选用本构模型的好坏决定了计算结果的准确与否,不同的本构模型计算精度不同,表征橡胶材料的力学性能也不同。

本论文通过低温环境下单轴拉伸实验得到的数据,利用两种不同的拟合工具拟合并比对得到模型材料参数。

讨论了Mooney-Rivlin模型和Yeoh模型在低温条件下对该橡胶材料的适用性,并将其对应的材料参数拟合为温度的函数,优化了低温环境下使用
Mooney-Rivlin和Yeoh模型的仿真分析。

同时运用LS-DYNA建立了橡胶减震组件准确的有限元模型。

在分离式Hopkinson压杆实验的基础上,对弹载器的减震装置进行了SHPB 环境下有限元模拟分析,主要评估了低温环境下受高速冲击荷载橡胶减震组件的减载特性,为低温环境下弹载光学器件的抗高过载设计提供了有益参考。

装备环境工程第20卷第12期·78·EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING2023年12月热空气作用下FM-2D橡胶材料老化本构模型研究陈杰1，李彪1*，唐庆云2，张腾3，李亚智1（1.西北工业大学 航空学院，西安 710072；2.工业与信息化部电子五所，广州 510000；3.空军工程大学 航空工程学院，西安 710038）摘要：目的建立热空气作用下氟醚-2D（FM-2D）橡胶材料的老化本构模型，形成老化作用下橡胶材料力学响应分析方法，为准确评估橡胶密封件使用寿命提供依据。

方法探究热空气作用下FM-2D橡胶材料老化机理，基于连续介质有限变形理论框架，采用热力学耗散势函数法，引入橡胶老化过程的势能函数，据此建立考虑橡胶材料老化的超弹性本构模型，基于橡胶老化试验，完成本构模型参数标定，实现老化作用下橡胶力学响应的预测。

结果建立了热空气作用下橡胶材料的老化本构模型，依据老化试验数据标定模型参数，分析了热空气作用下橡胶材料本构模型的可靠性。

结论建立的热空气作用下橡胶材料的老化本构模型可准确预测橡胶随老化时间演变的力学响应，有效模拟了橡胶材料的老化过程。

关键词：橡胶；超弹性；热空气；老化；力学响应；本构模型；应变张量中图分类号：TJ04 文献标识码：A 文章编号：1672-9242(2023)12-0078-07DOI：10.7643/ issn.1672-9242.2023.12.010Constitutive Modeling of FM-2D Rubber Materials Subject to Hot Air AgingCHEN Jie1, LI Biao1*, TANG Qing-yun2, ZHANG Teng3, LI Ya-zhi1(1. School of Aeronautics, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China;2. Electronic Fifth Institute of the Ministry of Industry and Information Technology, Guangzhou 510000, China;3. School of Aeronautical Engineering, Air Force Engineering University, Xi’an 710038, China)ABSTRACT: This study aims to establish a constitutive model for rubber materials undergoing hot air aging, emphasizing the development of a mechanical response analysis method applicable for assessing the service life of rubber seals. Employing the finite deformation theory within the framework of continuous mechanics, the method incorporates the thermodynamic dissipa-tion potential function. The potential energy function representing the rubber aging process is introduced, leading to the formu-lation of a hyperelastic constitutive model that accounts for the effects of rubber material aging. To validate the model, rubber aging tests were conducted, and the model parameters were calibrated based on the experimental results. Application of the de-veloped constitutive model to FM-2D rubber material demonstrated its efficacy in accurately predicting the evolution of me-收稿日期：2023-11-15；修订日期：2023-12-12Received：2023-11-15；Revised：2023-12-12基金项目：国家自然科学基金（12072272）；国家科技重大专项（J2019-I-0016-0015）Fund：National Natural Science Foundation of China (12072272); National Science and Technology Major Project (J2019-I-0016-0015)引文格式：陈杰, 李彪, 唐庆云, 等. 热空气作用下FM-2D橡胶材料老化本构模型研究[J]. 装备环境工程, 2023, 20(12): 78-84.CHEN Jie, LI Biao, TANG Qin-yun, et al. Constitutive Modeling of FM-2D Rubber Materials Subject to Hot Air Aging[J]. Equipment Environ-mental Engineering, 2023, 20(12): 78-84.*通信作者（Corresponding author）第20卷第12期陈杰，等：热空气作用下FM-2D橡胶材料老化本构模型研究·79·chanical responses under conditions of hot air aging. This model serves as a valuable tool for evaluating the durability of rubber seals and contributes to a more comprehensive understanding of the aging dynamics in rubber materials.KEY WORDS: rubber; hyperelasticity; hot air; aging;mechanical response; constitutive model; strain tensor橡胶密封件对保证发动机的性能、可靠性和安全性至关重要[1-2]。