不同温度下硫化橡胶的Mullins效应研究

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橡胶在生活和工程中都有极为广泛的应用,但由于橡胶的高弹性和粘弹特性,使橡胶呈现高度的材料非线性和几何非线性,同时本构关系也呈现高度的非线性,力学行为极其复杂,这样就阻碍了人们对橡胶性能的认识和掌握。国内外对橡胶的研究已经由来已久,针对橡胶提出的本构模型也是不计其数,但至今也没有一个模型能模拟出橡胶的所有性能。对橡胶静态应力软化(Mullins效应)的研究从1947年就已经开始了,但在温度对Mullins效应产生影响方面的研究是很少的,橡胶材料参数随温度变化的关系至今尚未发现系统、完整的研究。  本文主要对硫化橡胶(又称胎面胶,主要成分是天然橡胶、丁苯橡胶和顺丁橡胶)在不同加、卸载速率下和不同温度下的Mullins效应以及温度对硫化橡胶参数的影响等方面做了研究。报告了橡胶类材料Mullins效应的研究现状,对橡胶类材料分子统计型本构模型、变形张量不变量本构模型、主伸长应变能模型和热弹性本构模型做了介绍。基于变形张量不变量本构模型中的高玉臣应变能函数和伪弹性理论,推导出橡胶类材料的本构关系;对硫化橡胶在不同加、卸载速率和不同温度下的Mullins效应进行实验,并与理论曲线做比较,发现理论曲线跟实验曲线的符合程度比较好。通过实验,得到在不同加、卸载速率和不同实验温度下,橡胶类材料Mullins效应曲线的变化趋势,硫化橡胶材料参数随温度变化而发生的改变,利用实验曲线拟合出材料参数(n,a,r,m)随温度变化的方程。
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