应变率对硫化橡胶压缩力学性能的影响.pdf

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1、助材料2013年第8期(44)卷应变率对硫化橡胶压缩力学性能的影响吴长河，冯晓伟，叶培，符志，刘占芳(重庆大学资源及环境科学学院工程力学系，重庆400030)摘要：利用分离式霍普金森压杆(sHPB)和材料研究又相对较少，Bergstrom和Boyce[8用两个大分实验机MT$810对硫化橡胶进行动态和准静态单轴子交错网格模型来描述弹性体的动态响应，然而这种压缩实验，获得硫化橡胶的应力一应变响应曲线，研究模型有过多的常数需要实验来确定；一些经验模型如了应变率对其压缩力学性能的影响。实验结果表明，修正的Johnso

2、n—Cook模型以及粘弹性本构模型又缺硫化橡胶在低应变率时的应变率效应不明显，然而在乏理论的支持口¨]，Wang2Ⅲ基于非线性弹性和线性较高应变率时，应变率对其动态应力一应变关系有明显粘弹性假设提出的非线性粘弹性本构模型，其基本方的影响，弹性模量、屈服应力以及流动应力都随应变率程建立在具有两次松弛时间的应力松弛函数上，然而的增大而增大。采用基于应变能函数理论的橡胶本构该模型只能描述小变形下聚合物的动态力学行为。B．模型来描述硫化橡胶压缩荷载下的力学行为。数值模Songl_l3_根据应变能函数理论，对准静态下橡胶

3、材料的拟了硫化橡胶的应力一应变历程，并与实验数据进行比应变能本构关系进行了修正，提出了一种应变率相关较，结果显示两者吻合良好。的模型，该模型可以较好地描述橡胶的动态压缩性能。关键词：硫化橡胶；压缩力学性能；应变率；本构模型本文利用SHPB和MTS810对硫化橡胶进行压中图分类号：O347．3；TQ33文献标识码：A缩实验，并获得材料在0．00287～1280／s的大应变率文章编号：1001—9731(2013)08—1098—04范围内的应力一应变关系，进而讨论了应变率对硫化橡胶压缩力学性能影响。采用基于应变能

4、函数理论的橡1引言胶本构模型，模拟硫化橡胶的压缩力学行为，并将模拟橡胶是一种高聚物复合材料，具有超弹性、低阻结果和实验结果进行对比来验证模型的合理性。抗、粘弹性等力学性能，在工程减震和防护工程等领域2实验有广泛的应用，具有重要的社会和经济价值，所以橡胶的力学性能在学术界被普遍关注。研究发现橡胶的力2．1动态压缩实验原理及方法学性能受到应变率的影响，且两者还存在一定的定量硫化天然橡胶动态压缩实验在中国工程物理研究关系，因此探讨硫化橡胶在不同应变率下的力学性能院环境实验中心进行，采用的是波导杆直径为5ram的具有重

5、要的意义。王宝珍利用带温度调控的SHPBSHPB实验系统。SHPB压杆装置基本工作原理是：和岛津材料实验机对CR橡胶进行压缩力学实验，发由压缩空气炮以一定速度发射圆柱形子弹，撞击入射现CR橡胶具有应变率敏感性和温度敏感性；庞宝杆并产生压缩应力波，当该入射波传播到入射杆与试君l2对黑母胶、硅橡胶和泡沫橡胶进行动态单轴压缩样界面处时，一部分反射回入射杆形成反射波；另一实验，表明了3种橡胶具有随应变率变化的硬化效应；部分则通过试件传人透射杆，贴在入射杆和透射杆上赵习金和林玉亮E3都指出了硅橡胶在动态压缩下也的应变片将

6、分别记录入射波s(￡)、反射波￡(t)和透具有很强的应变率敏感性；此外，高光发[5]也对真空射波e()信号。根据一维应力波理论可得到试样上橡胶进行了动静态力学性能的研究，发现应力~3MPa的应力、应变和应变率随时问的变化历程：时应变率效应不明显，冲击压缩下随着加载应变率的(t)一E(A／As)￡(￡)(1)提高应变率效应也变得明显。然而，对于硫化天然橡()一一(2C／L)￡R(￡)(2)胶在较大应变率范围内应变率效应的研究鲜有报道。￡()一一(2C／L)ft￡()出(3)由于橡胶材料在工业上的广泛应用，学者们提

7、出J0了不少准静态加载下橡胶的力学模型来描述其力学性式中，E为杆的弹性模量，A和A分别为杆和试能，比如基于统计热力学的高斯统计模型和Arruda—件的横截面积，c为杆的纵波波速，L为试样长度。Boyce模型等l_6；基于连续介质力学理论的Rivilin模2．2实验材料及过程型以及Ogden模型，而此类模型不适用于描述橡胶的实验采取的橡胶材料为天然橡胶，主要成分为聚动态加载问题。对于高应变率下橡胶材料的本构关系异戊二烯，以交联点问平均分子量M表示交联度，其*基金项目：国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目

8、(2011CB612211)；国家自然科学基金资助项目(10072276)收到初稿日期：2012—09—10收到修改稿日期：2012—11一O9通讯作者：吴长河作者简介：吴长河(1986一)，男(侗族)，贵州黎平人，在读博士，师承刘占芳教授，从事冲击动力学研究。吴长河等：应变率对硫化橡胶压缩力学性能的影响值约0．01。为了满足实验要求，将试样加工成直径为了减小摩擦力的影响，试件两端涂上