硫化橡胶动态力学性能的分数阶微分流变模型

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1、学校代码10530学号200813021274分类号O34；O37密级硕士学位论文硫化橡胶动态力学性能的分数阶微分流变模型学位申请人周雄指导教师罗文波教授学院名称土木工程与力学学院学科专业固体力学研究方向本构理论二○一一年五月ApplicationoffractionaldifferentialrheologicalmodeltodynamicmechanicalpropertiesofvulcanizedrubberCandidateZhouXiongSupervisorProfessorLuoWenboCollegeCollegeofCivilEngineeringandMechani

2、csProgramSolidMechanicsSpecializationConstitutiveTheoryDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay,2011湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者

3、完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日湘潭大学硕士学位论文摘要填充橡胶是一种典型的黏弹性材料，具有较高的阻尼性能，广泛地应用于高速列车、汽车、航空航天和机械等领域，因此选用合适的模型描述其动态黏弹性至关重要。橡胶的动态黏弹性不仅与自身分子链特性有关，还受许多外界因素的影响。本文首先依据实验分析了温度、频率和应变幅

4、值等条件对橡胶动态黏弹性的影响，再选用合适的分数阶微分黏弹性模型对不同条件下橡胶材料动态黏弹性进行描述，主要的工作概述如下：1.采用GaboEplexor500N动态热机械分析仪对不同频率下的硫化橡胶进行温度扫描，确定材料玻璃化转变温度Tg。在Tg~Tg+50℃范围内对不同温度下的橡胶进行频率扫描，结果表明：随温度的升高，存储模量、损耗模量和损耗因子逐渐减小；高频导致较高的存储模量、损耗模量和损耗因子。采用分数阶微分Kelvin模型对测试数据进行分析，模型与实验吻合较好，分数阶微分Kelvin模型可以较好地描述不同温度下橡胶材料动态黏弹性的频率相关性。2.以-40℃作为参考温度，依据频率-

5、温度等效原理对不同温度下的频率扫描测试数据进行移位，得到对数频率标尺下16个数量级(-7～9)的动态模量主曲线。采用分数阶微分Zener模型对主曲线进行分析，发现在对数频率标尺为-2～7时，分数阶微分Zener模型可以较好地描述硫化橡胶Tg附近宽频域的动态黏弹性。3.简要地介绍了内变量理论和内禀时间z(t)，并基于内变量理论对分数阶微分Kelvin模型和分数阶微分Zener模型进行了推导。4.在室温(23℃)时对不同应变幅值下的硫化橡胶进行频率扫描测试，并采用分数阶微分Kelvin模型和内变量分数阶微分Kelvin模型对测试数据进行分析。发现分数阶微分Kelvin模型能模拟小应变幅值下材料

6、的频率相关性，而内变量分数阶微分Kelvin模型能较好地描述大应变幅值下材料动态黏弹性的频率相关性。5.在不同频率和不同温度下对填充橡胶进行动态应变扫描测试，在较高温度(-15℃～23℃)时，填充橡胶出现了Payne效应，但在较低温度(-35℃和-30℃)时，存储模量和损耗模量随应变幅值的增大一直减小。采用内变量分数阶微分Zener模型对测试数据进行分析，结果表明，内变量分数阶微分Zener模型可以良好地模拟硫化橡胶Tg附近的Payne效应，在较高温度时内变量分数阶微分Zener模型能定性描述动态模量随应变幅值的变化趋势。关键词：动态黏弹性；分数阶微分；频率-温度等效原理；内变量理论；Pa

7、yne效应I湘潭大学硕士学位论文AbstractFilledrubberisatypicalviscoelasticmaterial,whichhasthehighdampingabilityandiswidelyusedinhigh-speedtrain,automotive,aerospaceandmachinery,etc.Therefore,itiscrucialforselectingasuitablemode