资源描述：
《不同温度下橡胶的动态力学性能及本构模型研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第22卷第1期实验力学Vol.22No.12007年2月JOURNALOFEXPERIMENTALMECHANICSFeb.2007文章编号:1001-4888(2007)01-0001-06*不同温度下橡胶的动态力学性能及本构模型研究112王宝珍,胡时胜,周相荣(1.中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室,安徽合肥230026;2.中国船舶重工集团上海船舶设备研究所,上海200031)摘要:利用带有温度调控装置的SHPB(SplitHopkinsonPressureBar)试验装置和岛津材料试-33验机,测定了CR橡胶在不同温度(-20℃～5
2、0℃),不同应变率(5×10/s～3×10/s)条件下的应力应变曲线。结果表明:CR橡胶的力学性能具有温度敏感性和应变率敏感性,两者有一定的等效性,且在动态条件下,-20℃时的应力应变曲线表现出向“玻璃态”转变的特性。本文在以前研究者提出的率相关本构模型的基础上进行了改进,同时考虑了温度效应的影响,提出了一个能描述CR橡胶在不同温度和应变率下的一维压缩力学行为的本构模型,该模型和试验数据有很好的一致性,为数值模拟提供了重要的依据。关键词:橡胶;SHPB;温度效应;应变率效应;玻璃化转变温度+3中图分类号:O347;TQ33.7文献标识码:A0引言橡胶属于一种高
3、聚物材料,具有高弹性、低阻抗、粘弹性等力学性能,在汽车、船舶、电子、建筑及机械工业等行业中常用作冲击吸能和抗震材料,具有重要的社会价值和经济价值。但橡胶材料的力学性能会受到环境温度和应变率的影响,且两者还存在一定的等效关系。不仅如此,随着温度和应变率的变化,橡胶材料还可呈现出三种不同的力学形态,即:粘流态、橡胶态和玻璃态。一旦力学状态发生改变,其良好的力学性能也无法体现,使用价值就会受到很大的影响。因此研究橡胶在不同温度、不同应变率下的力学性能具有十分重要的意义。橡胶材料在变温、低应变率时力学性能已经有了大量的研究。近来,SHPB技术的广泛应用,橡胶[1][2
4、]材料高应变率下力学性能及本构模型的研究也受到很大的关注,卢芳云、BoSong等在室温下对橡胶材料做了大量的动态力学试验,解决了橡胶由于低阻抗材料,透射信号弱,应力很难达到均匀性等试验问题,但橡胶材料高应变率下非室温的试验数据还很缺乏。[3][4]V.P.W.Shim,L.M.Yang等提出了一个描述橡胶粘超弹性的本构模型,BoSong等将应变能函数和描述粘弹性的松弛函数相联系,提出了一个率相关的材料模型,描述EDPM橡胶受压和受拉时的应力应变行为。发现常温下理论与试验的结果都符合得很好,但没有考虑温度的影响。本文采用改进的带温控箱的SHPB装置(图1)对橡胶
5、在不同环境温度下的动态力学性能进行试验研究。并对BoSong的模型进行改进,用来描述CR橡胶在不同温度不同应变率下的力学性能。1试验方案由于橡胶材料低阻抗、低波速的特点,传统的Hopkinson技术不能获得有效可用的结果。针对这*收稿日期:2006-12-28;修订日期:2007-02-07通讯作者:胡时胜(1945-),男,教授。主要研究领域:材料动态力学性能。E-mail:sshu@ustc.edu.cn2实验力学(2007年)第22卷图1带有温控装置的SHPB设备简图Fig.1SchematicoftheSHPB(Υ14.5)systemwithtemp
6、eraturecontroller一问题,本次试验选用波阻抗低的铝杆,入射波采用整形技术,使波形上升沿变缓,并针对不同的应变率采用不同的整形方法。入射波的数据由贴在入射杆上的电阻应变片采集,而微弱的透射波信号则采用灵敏度系数高的半导体应变片(其灵敏度约为普通电阻应变片的50倍)采集。CR橡胶试件采用直径为8mm,厚度为1mm,较薄的厚度是为了保证应力能尽快达到均匀。试验中,为了减小摩擦力的影响,试件两端涂上薄薄的一层凡士林以起到润滑作用。温度控制时,考虑到橡胶的导热系数较低,要使试件达到所需的试验温度,温控箱的温度稳定后需等待数分钟再进行动态冲击。试验中透射杆
7、的应变片贴[5]在离杆-试件交界面500mm的位置,热源对应变片的信号基本没有影响,且在(-20℃～50℃)温度[6]范围内,铝杆的模量基本没有变化,因此也可以忽略温度梯度场对波传播的影响。为了比较,还对橡胶材料做了应变率为0.0005/s的准静态试验,采用的试验装置是岛津万能试验机,也选用了与动态试验相对应的五种温度:-20℃,-10℃,0℃,-20℃,50℃,采用的试件尺寸直径为10mm,厚度为5mm。2结果与分析2.1试验结果通过试验得出同温度不同应变率下的应力应变曲线和同应变率不同温度下的应力应变曲线如图2、图3。从图2、图3可以看出:应变率提高或温度
8、降低,橡胶的流动应力、屈服强度和松弛模
