橡胶超弹性本构模型选用及参数确定方法分析

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1、橡胶超弹性本构模型选用及参数确定方法分析钱胜1陆益民2杨咸启1吴承伟1（1黄山学院机电工程学院黄山，245041；2合肥工业大学机械工程学院合肥，230009）摘要首先概括隔振橡胶材料常见超弹性本构模型，并列举典型本构模型改进和创新，然后从材料试验、有限元分析适应性、橡胶件计算精度三个角度综述国内外学者选用橡胶本构模型原则和经验，最后介绍橡胶材料参数确定方法研究进展，数值优化方法及先进材料参数测试方法是发展趋势，并提出研究过程存在问题。这对后续橡胶隔振器性能相关计算具有指导意义，为橡胶材料力学研究指明方向。关键词隔振橡胶；超弹性本构模型；综述；本构模型选用；参数确定

2、中图分类号TQ330.1文献标识码ASelectingforHyper-elasticConstitutiveModelofRubberandAnalysisMethodsofDeterminationtheMaterialParameterQIANSheng1,LUYimin2,YANGXianqi1,WUChengwei1(1CollegeofMechanicalandElectronicEngineering,HuangshanUniversity,Huangshan,245041,China)(2SchoolofMechanicalEngineering，H

3、efeiUniversityofTechnology,Hefei，230009,China)AbstractFirstofall,commonhyper-elasticconstitutivemodelsoftherubbermaterialusedforvibrationisolationweresummarized.Then,theprincipleandexperiencewhichbaseondomesticandforeignscholarsselectedtheconstitutivemodelwerereviewedfromthreeaspectsth

4、atisthematerialtest,theadaptabilityofthefiniteelementanalysisandthecalculationaccuracyoftherubberparts.Atlasttheresearchprogressaboutinvestigationmethodsofrubbermaterialparametersdeterminationwereintroduced.Numericaloptimizationmethodandadvancedmaterialparametertestmethodarethetrendoft

5、hedevelopment.Andsomeproblemsintheresearchprogresswereputsforward.Theseworkwastobeguidingsignificanceforcalculationaboutrubbervibrationisolatorinfuture,andtheypointsoutthedirectionfortheresearchofrubbermaterialmechanics.KeywordsRubbermaterialoftheisolators;Hyper-elasticconstitutivemode

6、l;Reviewed;SelectingforConstitutiveModel;Parametersdetermination0引言橡胶材料具有高弹性、大阻尼等优点，是一种高性能隔振减震材料，广泛应用于工业、建筑、国防等领域，如汽车悬置、舰船、航天器隔振器等。橡胶材料研究已有很长历史，人们一直尝试对橡胶力学行为真实描述，但是其有分子结构比较复杂，以及材料、几何、边界的非线性，而且其对于温度、周围的介质、时间、载荷率和应变量等因素的作用和影响敏感，这使得建立精确的数学模型更加困难【1】。目前橡胶隔振器计算采用比较复杂数值技术，其计算精度与所使用本构模型正相关。随着计

7、算力学快速发展和橡胶应用广泛需求，发展更为精确、实用且能与有限元分析理论相融合的本构模型【2】。橡胶一般添加填料形成三维链状网络，在外载荷的作用下表现出非线性、大变形、超弹性、黏弹性、Payne效应和Mullins效应等特性，其力学行为异常复杂【3】。研究橡胶内部真实力学行为对于隔振器设计和生产有着重大意义，若能根据隔振器工作状态和周围环境以及橡胶成分，选取合适的本构模型和获取较为精确模型参数是对橡胶隔振器动静态特性分析、隔振性能以及疲劳寿命研究有重大影响。1．橡胶超弹性本构模型分析橡胶具有体积近似不可压缩，在外界载荷作用下表现出弹性变形，当卸载后又能恢复原形，