橡胶材料本构模型机理及阻尼描述方法研究

admin · 发表于 2022-5-19 18:09:22

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橡胶材料在静态加载（应变率较低）时表现为超弹性，在动态加载（应变率较高）时表现为粘弹性。现已有多种橡胶的粘超弹性本构模型，但均需实验来拟合并校正其参数，拟合结果的精度直接影响到工程计算的准确性。材料阻尼的描述方法是多样的，与结构阻尼之间可相互转化。本文第一部分研究橡胶材料的粘超弹性本构模型的合理模拟及计算，有助于材料的本构建模、有限元模型修正及动力学性能分析，重点在本构模型的机理及如何合理采用实验数据与本构模型。讨论了不可压缩橡胶材料的粘超弹性本构模型。在该部分，针对典型实验，给出选择应变能函数的原则。从物理机理上，分析了Neo-Hookean模型、Mooney模型、三阶Rivlin模型及Ogden模型的优缺点。在此基础上，将Rivlin模型改进成为，这种新形式具有三个优点：①若取前三项（N=1），则其结果与不可压缩线弹性的应变能相等，能够近似满足剪切的线性关系，但拉伸及压缩的线性关系是精确满足的。②当N≥2时，简单剪切中的应变能及剪应力τxy在小应变情况下是以剪应变γxy为等比的多项式展开；而Rivlin模型只能保证简单剪切实验中的应变能及剪应力τxy是以(γxy)2为等比的级数展开的形式，当取前两项的情况下，Rivlin模型只能精确保证常剪切，拉伸及压缩的线性关系无法得到保证。针对典型实验数据，若取同阶次多项式，本文模型的同类实验数据预测及不同类实验数据间相互预测的精度都比Rivlin模型的高。本文第二部分给出了材料阻尼的描述方法，比较了结构总体阻尼阵的生成方法及材料阻尼与结构阻尼的转换。针对给定加速度历程的某隔热结构，利用ABAQUS中的辛算法和模态法对其动态响应进行了分析，根据模态阻尼确定了直接法的阻尼，讨论了给定加速度条件的处理方法和精度以及对结构固有振动特性的影响。第一部分的工作有助于深入理解现有模型和构造新模型，并介绍了粘超弹性的标准实验。第二部分的工作对认识阻尼描述、阻尼转换、ABAQUS的使用是有帮助的。

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