基于Treloar实验数据的超弹性材料完全本构关系研究

作     者：韩磊 王新彤 李录贤 Han Lei;Wang Xintong;Li Luxian

作者机构：西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室飞行器环境与控制陕西省重点实验室西安710049 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2022年第54卷第12期

页      面：3444-3455页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080102[工学-固体力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(U20B2013) 

主　　题：超弹性材料 应变能函数 多种变形模式 大变形范围 完全本构关系 

摘      要：超弹性材料在航天航空、民用工业等多个领域已得到广泛应用,但因具有的大变形非线性特性,其本构行为异常复杂,本构模型多种多样.本文从超弹性材料的应变能函数出发,在连续介质力学框内开展超弹性材料完全本构关系的理论与应用研究.首先,分析了Treloar针对某硫化橡胶超弹性材料开展的单轴拉伸、等双轴拉伸以及纯剪切3种基本变形模式实验数据的特点;接着,理论分析了这3种变形模式所具有的相同应力条件,从而将3种模式的本构关系均表示为加载方向应力随伸长比的变化,并就I_(1)^(m)和I_(2)^(m)两类幂函数型应变能函数的本构特性进行了研究;然后,将实验曲线分为初始和剩余两个阶段,对初始阶段采用neo-Hookean模型应变能函数、对剩余阶段采用非指定指数的幂函数型应变能函数,在3种变形模式实验数据总体误差泛函最小条件下对模型参数进行识别,最终建立了典型超弹性材料的完全本构关系.对3种基本变形模式下的不同响应进行了重新预测,其结果均优于文献上已发表的多个本构模型.本文工作表明,依据多种不同变形模式下全程变形范围的实验曲线,可建立超弹性材料的完全本构关系,从而为超弹性材料断裂等复杂问题的理论研究与实际应用提供支撑.