Построение прикладной нелинейной модели термовязкоупругого поведения резины при малых конечных деформациях.


Просмотр статьи
PDF, 1,4 МБ

Construction of applied non-linear model of thermo-viscoelastic behavior of rubber at small finite deformations

A series of tests on the natural rubber vulcanizate filled with technical carbon were carried out on the testing Zwick
Z100/SN5A machine at different temperatures. The tests were conducted under conditions of uniaxial stress-strain
state for complicated deformation histories involving the periods of stress relaxation at different levels of elongation
(the maximum elongation did not exceed 50%) and periods of unloading and rest, during which small residual elongations
were measured. The variants of thermo-viscoelasticity model, differing in the level of complexity were constructed
for the experimentally defined temperature interval of high visoelasticity. The simplest model from the
viewpoint of identification and practical usage is the model of pre-aged rubber. It has stable viscoelastic properties
and deformation reversibility after unloading and rest at the deformation level of about 80% of the deformation level
reached during previous rubber aging. The effects of tixotropy and small residual elongations were taken into account
by the structural scalar parameter, having its own evolution equation, and the term in the function of relaxation
with long relaxation times.


Том 7, 2008 год



Выполнены испытания образцов резины на основе натурального каучука, наполненной техуглеродом при
различных уровнях температуры на машине Zwick Z100/SN5A. Опыты проведены в условиях одноосного
напряженного и одноосного деформированного состояния при сложных историях деформации, включающих
участки релаксации напряжения при разных уровнях относительного удлинения (максимальное не превышало 50%), участки разгрузки и отдыха с измерением малых остаточных удлинений. В найденном интервале
температур высокоэластичности построены варианты модели термовязкоупругости различного уровня сложности. Наиболее простой для идентификации и практического использования является модель предварительно тренированной резины. Она обладает стабильными вязкоупругими свойствами и обратимостью деформаций после разгрузки и отдыха при уровнях деформации порядка 80 % от уровня деформации предыдущей
тренировки. Учёт эффектов тиксотропии и малых остаточных удлинений выполнен с помощью структурного
скалярного параметра со своим уравнением эволюции и с помощью слагаемого в функции релаксации с
большими временами релаксации.


Том 7, 2008 год



1. Лукомская А.И., Евстратов В.Ф. Основы прогнозирования механического поведения каучуков и резин. М.: Химия, 1975. 360 с.
2. Simo J.C. On a fully three–dimensional finite–strain viscoelastic damage model: formulation and computational aspects //Computer Methods in Appl. Mech. and Engin. – 1987. – Vol. 60. – № 2. – P. 153–173.
3. Govindjee S., Simo J.C. A micro–mechanically based continuum damage model for carbon black–filled rubbers incorporating Mullins effect // J. Mech. Phys. Solids. – 1991. – Vol. 39. – No 1. – P. 87–112.
4. Govindjee S., Simo J.C. Mullins' effect and the strain amplitude dependence of storage modulus // Int. J. Solids and Structures. – 1992. – Vol. 29. – № 1. – P. 1737–1751.
5. Holzapfel G.A., Simo J.C. A new viscoelastic constitutive model for continuous media at finite thermomechanical changes // Int. J. Solids Struct. – 1996. – Vol. 33. – P. 3019–3034.
6. Lion A. Thixotropic behaviour of rubber under dynamic loading histories: Experiments and theory // J. Mech. and Phys. Solids. – 1998. – V.46. – P. 895–930.
7. Miehe C., Keck J. Superimposed finite elastic–viscoelastic–plastoelastiс stress responsewith damage in filled rubbery polymers. Experiments, modeling and algorithmic implementation // J. Mech. and Phys. Solids. – 2000. – V.48. – № 2. – P. 323–365.
8. Махлис Ф.А., Федюкин Д.Л. Терминологический справочник по резине: Справ. изд. М.: Химия, 1989. 400 с.
9. Бартенев Г.М. Структура и релаксационные свойства эластомеров. М.: Химия, 1979. 288 с.
10. Бухина М.Ф. Техническая физика эластомеров. М.: Химия, 1984. 224 с.
11. Адамов А.А. К построению нелинейной модели вязкоупругого поведения наполненных резин при конечных деформациях // Каучук и резина. 1996. №5. С.27-30.
12. Методы прикладной вязкоупругости / Адамов А.А., Матвеенко В.П., Труфанов Н.А., Шардаков И.Н. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. 411 с.
13. Двойников С.С., Адамов А.А. Идентификация и аттестация модели изотермического поведения предварительно тренированных изотропных резиноподобных материалов // Сб. науч. трудов «Вычислительная механика», №5. Пермь: изд-во ПГТУ. 2006. С. 89-95.