橡胶材料弹性的一种新的螺旋管模型

作     者：魏志刚 陈海波 罗仲龙 胡文锋 Wei Zhigang;Chen Haibo;Luo Zhonglong;Hu Wenfeng

作者机构：安徽工业大学机械工程学院安徽马鞍山243032 中国科学技术大学近代力学系合肥230026 

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

年 卷 期：2023年第55卷第2期

页      面：417-432页

核心收录：

学科分类：0711[理学-系统科学] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0811[工学-控制科学与工程] 0702[理学-物理学] 

基　　金：安徽省自然科学基金(2008085MA15) 安徽省重点研发计划(202004h07020005)资助项目 

主　　题：橡胶弹性 本构关系 网络结构 管模型 

摘      要：建立统计力学模型正确描述材料微观结构与宏观力学特性之间的关系是软物质类材料的最大挑战之一,已有的橡胶材料统计模型尚存在一些不足.文章根据橡胶类材料宏观各向同性、连续均匀和不可压缩特性,结合分子链的非高斯统计模型,提出一种橡胶材料网络结构的力学特性模型.该模型将代表体元上对应点之间的传力路径用一个类螺旋管区域约束的分子链子网络来描述,螺旋管的表面随材料的宏观变形做仿射变形,分子链子网络由方向和长度随机的分子链或链段首尾链接而成,在此基础上由分子链的熵推导出描述材料宏观力学特性的本构关系.通过大量的材料测试数据对本构模型进行拟合验证,拟合结果表明该模型具有非常好的精度,并且在采用两个参数时模型具有非常高的可靠性,仅用单轴拉伸实验数据拟合模型就能准确预测全部3类实验数据.该模型使用了仿射的弯曲管假设,能从微观结构尺度上说明材料的不可压缩特性,避免了直管模型的近似性,为微观尺度的随机性和宏观的均匀性的联系提出一个新的模型.