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显式模拟类橡胶材料应力软化引起的不可恢复变形及其各向异性特征

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力学学报 2021年第7期53卷 1999-2009页

作者：王晓明吴荣兴蒋义肖衡宁波职业技术学院应用力学研究所浙江宁波315000 宁波建工工程集团有限公司浙江宁波315000 暨南大学力学和建筑工程学院重大工程灾害与控制教育部重点实验室广州510632

类橡胶材料在经过初次加载后会产生应力软化现象,也就是Mullins效应.实验证明应力软化现象会导致材料产生不可恢复变形,同时引入各向异性特征.本文基于对数应变构造一个多轴可压缩应变能函数,先引入耗散来表征应力软化现象,再引入依赖... 详细信息

类橡胶材料在经过初次加载后会产生应力软化现象,也就是Mullins效应.实验证明应力软化现象会导致材料产生不可恢复变形,同时引入各向异性特征.本文基于对数应变构造一个多轴可压缩应变能函数,先引入耗散来表征应力软化现象,再引入依赖耗散大小的不可恢复变形量以及各向异性特征量,使得新模型既可以表征Mullins效应,又能模拟应力软化作用下产生的不可恢复变形和各向异性特征.本文在各向同性形函数的基础上,通过球坐标系的思想,进一步发展并提出了一个任意方向适用的各向异性形函数.新模型在材料尚未发生软化(耗散为0)的情况下,表现出各向同性;一旦发生应力软化(耗散大于0),则变为各向异性.随着加载-卸载循环的累积,耗散逐渐变大,不可恢复变形也随之变大直到达到一个稳定的值,各向异性特性也逐渐变得明显.新方法得到的结果可以精确匹配经典的实验数据,并预测不同方向的应力软化现象以及由此产生的不可恢复变形和各向异性特征.

关键词：应力软化不可恢复变形各向异性耗散形函数

顺丁橡胶/有机蒙脱土纳米复合材料的拉伸应力-应变行为 Ⅱ.应力软化效应及应力弛豫

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合成橡胶工业 2005年第5期28卷 378-383页

作者：王韶晖张隐西张勇彭宗林上海交通大学高分子材料研究所上海200240

研究了蒙脱土、有机蒙脱土、白炭黑及炭黑增强顺丁橡胶的应力软化效应和应力弛豫特性,用并联的Maxwell模型模拟了这些硫化胶的应力弛豫行为。结果表明,与未改性蒙脱土、白炭黑及炭黑增强顺丁橡胶相比,有机蒙脱土增强顺丁橡胶具有更明显... 详细信息

研究了蒙脱土、有机蒙脱土、白炭黑及炭黑增强顺丁橡胶的应力软化效应和应力弛豫特性,用并联的Maxwell模型模拟了这些硫化胶的应力弛豫行为。结果表明,与未改性蒙脱土、白炭黑及炭黑增强顺丁橡胶相比,有机蒙脱土增强顺丁橡胶具有更明显的应力软化现象,经过室温停放和热处理后,这种应力软化能够回复,有机蒙脱土增强顺丁橡胶的室温应力弛豫程度更大。用并联的Maxwell模型模拟的理论应力弛豫曲线与实验数据能够很好地吻合。

关键词：有机蒙脱土顺丁橡胶纳米复合材料应力软化应力弛豫理论模拟

Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金双道次热变形应力软化行为及组织演变

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热加工工艺 2015年第23期44卷 19-22页

作者：陈明义赵晓东陈慧琴太原科技大学材料科学与工程学院山西太原030024

在实验温度为300℃和400℃,应变速率为0.01s^(-1)和1s^(-1),每道次应变0.4,道次间隔时间为10~900 s条件下,在Gleeble^(-1)500D热力模拟实验机上进行了锻态Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金双道次等温压缩实验,研究了合金改锻试样的流变应力软化行... 详细信息

在实验温度为300℃和400℃,应变速率为0.01s^(-1)和1s^(-1),每道次应变0.4,道次间隔时间为10~900 s条件下,在Gleeble^(-1)500D热力模拟实验机上进行了锻态Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金双道次等温压缩实验,研究了合金改锻试样的流变应力软化行为和微观组织演变。结果表明,该合金的双道次热压缩应力软化程度随着温度的升高而降低,随着应变速率的升高而增大,随着道次保温时间延长而升高。400℃时,由于合金在变形过程中的完全回复和再结晶,释放了大部分变形储能,道次间应力软化不明显,且不受应变速率和保温时间的影响;300℃、1 s^(-1)条件下道次间的应力软化程度最为明显,保温10~240 s期间产生的应力软化主要是由再结晶晶粒的长大引起的,240~900 s期间的应力软化主要受析出相的影响。

关键词： Al-Zn-Mg-Cu 高强铝合金双道次热压缩应力软化微观组织

循环载荷作用下HGM/ER复合材料的应力应变软化

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循环载荷作用下HGM/ER复合材料的应力应变软化

作者：崔涛燕山大学

学位级别：硕士

空心玻璃微珠（HGM）/环氧树脂（ER）复合材料作为一种新型的填充型复合材料,由于具有比重轻、比强度高、多功能性等优点而越来越多地应用于航空航天航海及仿生设计等领域。本文通过实验的方法,研究了HGM/ER复合材料在循环载荷作用下力... 详细信息

空心玻璃微珠（HGM）/环氧树脂（ER）复合材料作为一种新型的填充型复合材料,由于具有比重轻、比强度高、多功能性等优点而越来越多地应用于航空航天航海及仿生设计等领域。本文通过实验的方法,研究了HGM/ER复合材料在循环载荷作用下力学性能的劣化,分析了软化现象,讨论了不同因素下的软化效应。首先,制备了五种体积分数和三种粒径范围的填充空心玻璃微珠的环氧树脂基复合材料。通过准静态压缩实验,得到了应力-应变曲线并计算了弹性模量和屈服极限强度。不同体积分数和粒径范围的弹性模量、屈服极限强度具有不同的变化规律。然后,设定了载荷形式并进行了应力软化实验。通过分析应力软化曲线特征发现,复合材料的应力软化分应力快速软化、稳定软化、软化几近停止等三个阶段。不同体积分数和粒径范围下的应力软化率不同,与弹性模量大致呈反比例关系。小粒径范围填充颗粒的集聚现象、大粒径范围的补强效果以及颗粒与基体界面层的初始缺陷率等是造成应力软化规律不同的主要原因。最后,设计并执行了控制试验力幅值的循环载荷作用下的应变软化实验。典型的应变软化曲线分为应变快速软化和稳定软化两个阶段。峰值应变增大系数和应变软化率作为表征应变软化的参数,其大小均与复合材料的弹性模量成反比例关系。通过比较分析峰值应变增大系数-循环次数曲线和应变软化率-循环次数曲线发现,不同体积分数和粒径范围组合下的应变增大系数和应变软化率变化规律不同,在小粒径范围且体积分数较小时和大粒径范围且体积分数较大时取较大值。

关键词：空心玻璃微珠复合材料循环载荷应力软化应变软化

甲基丙烯酸盐（锌、镁）/丁苯橡胶复合材料的网络演化及应力软化研究

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甲基丙烯酸盐（锌、镁）/丁苯橡胶复合材料的网络演化及应力软化...

作者：黄靖华南理工大学

学位级别：硕士

甲基丙烯酸盐是一类优良的橡胶活性改性剂,它们不仅是过氧化物硫化的助交联剂,而且也是多种橡胶的补强添加剂。由于带有反应性基团,在适当的条件下可原位聚合补强橡胶,使得制备的甲基丙烯酸盐/橡胶复合材料同时具有高模量、高弹性、高... 详细信息

甲基丙烯酸盐是一类优良的橡胶活性改性剂,它们不仅是过氧化物硫化的助交联剂,而且也是多种橡胶的补强添加剂。由于带有反应性基团,在适当的条件下可原位聚合补强橡胶,使得制备的甲基丙烯酸盐/橡胶复合材料同时具有高模量、高弹性、高断裂伸长率和高温稳定性等优良性能。原位生成的甲基丙烯酸盐增强橡胶体系中同时包含共价交联键和离子交联键,使得体系所形成的网络结构比一般补强剂如炭黑补强橡胶的要复杂的多。本论文采用非极性的丁苯橡胶在混炼过程中分别添加摩尔比为0.5/1的ZnO/MAA或MgO/MAA,原位生成甲基丙烯酸盐甲基丙烯酸锌（ZDMA）和甲基丙烯酸镁（MDMA）,在过氧化二异丙苯（DCP）的硫化作用下,分别得到SBR/ZDMA和SBR/MDMA复合材料。通过应力软化测试、交联密度测试、傅立叶红外光谱（FTIR）、橡胶加工分析仪（RPA）等测试手段初步探讨了硫化胶的网络结构形成及交联网络的特点。结果表明:在DCP的引发作用下,ZDMA或MDMA在橡胶基体中发生了聚合反应,在一定温度硫化下（170℃或140℃）,体系的共价交联和离子交联反应大多开始于硫化的起步阶段,在该时期内不论共价还是离子交联密度都迅速增长,交联网络结构快速形成,趋于完善;随硫化过程的进行,交联反应速率逐渐变慢,交联密度变化趋于平缓。而降低硫化温度后发现,在硫化的最初几分钟内,体系中存在少量的共价交联键、离子交联键和一定的物理交联,但这些交联键网络发展不完善,分布零星没有贯穿整个体系。在丁苯胶体系的硫化过程中,共价交联密度始终远远高于离子交联密度。体系的应力软化效应和Payne效应都随ZDMA或MDMA生成量的增加而增强。Payne效应的产生主要是由于有机刚性粒子聚甲基丙烯酸锌PZDMA或聚甲基丙烯酸镁PMDMA的填料-填料网络以及与橡胶（含接枝在橡胶大分子链上的PZDMA或PMDMA）体系形成的橡胶网络的构建与破坏所引起的;应力软化效应则是与填料的增强性有关。说明在过氧化物硫化后,橡胶与填料间的相互作用增强了。而老化实验表明,在热、氧作用下,材料的交联网络发生了巨大的变化,材料发生了一定程度的交联反应,使试样变硬变脆,导致材料最终的物理性能有了较大程度的下降。

关键词：丁苯橡胶甲基丙烯酸锌甲基丙烯酸镁交联网络应力软化

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炭黑填充天然橡胶和丁苯橡胶的应力软化对比

橡胶参考资料 2014年第6期44卷 47-50页

作者：吴丹

天然橡胶（NR）和丁苯橡胶（SBR）是轮胎胶料用橡胶材料。NR和SBR之间除大分子存在差异外,两类材料的主要差别是NR在大应变下可以结晶。对应变诱导结晶已进行了广泛的研究,Huneau对此进行了全面评述。就对填充NR机械性能的影响而言,已... 详细信息

天然橡胶（NR）和丁苯橡胶（SBR）是轮胎胶料用橡胶材料。NR和SBR之间除大分子存在差异外,两类材料的主要差别是NR在大应变下可以结晶。对应变诱导结晶已进行了广泛的研究,Huneau对此进行了全面评述。就对填充NR机械性能的影响而言,已知在高应变下,结晶会增加材料的硬度（称作材料硬化）、应变-应力曲线的滞后、单轴拉伸破坏性能、疲劳寿命，降低裂纹扩展速度。

关键词：丁苯橡胶天然橡胶炭黑填充应力软化橡胶材料诱导结晶裂纹扩展速度机械性能

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高熵合金高温下耦合损伤的晶体塑性本构模型

Acta Mechanica Sinica 2022年第11期38卷 16-25页

作者：王莹莹王俊东雷鸣奇姚尧 School of Mechanics Civil Engineering and ArchitectureNorthwestern Polytechnical UniversityXi’an710072China School of Civil Engineering Xi’an University of Architecture and TechnologyXi’an710055China

本文建立了高熵合金在高温下耦合损伤的晶体塑性本构模型.为了模拟微缺陷引起的高熵合金承载力下降的现象,提出一个基于压缩试验数据的唯象损伤演化方程.开发的本构模型被用于模拟AlCrCuFeNi基的多晶高熵合金的应力软化现象,且可以描述... 详细信息

本文建立了高熵合金在高温下耦合损伤的晶体塑性本构模型.为了模拟微缺陷引起的高熵合金承载力下降的现象,提出一个基于压缩试验数据的唯象损伤演化方程.开发的本构模型被用于模拟AlCrCuFeNi基的多晶高熵合金的应力软化现象,且可以描述高熵合金变形的温度和率相关性.将模拟结果与试验数据对比,该模型能够准确描述高熵合金的应力-应变关系.

关键词：高熵合金晶体塑性本构损伤演化方程微缺陷应力软化率相关性本构模型承载力下降

基于MMC模型的Q460C高强结构钢延性断裂性能研究

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工程力学 2022年

作者：陈爱国张佩雲蔺军邢佶慧北京交通大学土木建筑工程学院深圳特区建工科工集团有限公司结构风工程与城市风环境北京市重点实验室

为研究Q460C高强结构钢的延性断裂性能，对处于不同应力状态的9个试件进行了单调加载断裂试验。采用修正加权平均(MWA)法获得了Q460C钢材直至断裂全过程完整的真实应力-真实应变曲线，通过编写MATLAB优化程序校准了VGM和MMC断裂预测模... 详细信息

为研究Q460C高强结构钢的延性断裂性能，对处于不同应力状态的9个试件进行了单调加载断裂试验。采用修正加权平均(MWA)法获得了Q460C钢材直至断裂全过程完整的真实应力-真实应变曲线，通过编写MATLAB优化程序校准了VGM和MMC断裂预测模型的参数。借助VUMAT子程序将相关参数代入ABAQUS/Explicit求解器模拟各试件的断裂行为，评估了两种断裂模型对各试件断裂预测的相对精度。最后，通过对已有文献中两个圆周缺口试件的断裂模拟，验证了本文校准的MMC模型参数对Q460钢断裂预测的普适性。研究结果表明，采用MMC模型进行数值模拟得到的荷载-位移响应与试验结果吻合度较好，尤其是对纯剪和剪拉试件的断裂模拟；带应力软化的MMC模型可准确且形象地再现各试件的起裂和裂缝扩展；本文校准的MMC断裂模型参数对Q460钢材断裂行为预测具有相对较好的适用性。

关键词：高强结构钢延性断裂应力状态应力软化裂纹扩展

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高强度钢轴向超声磨削力建模研究

高强度钢轴向超声磨削力建模研究

作者：陈权豪湖南科技大学

学位级别：硕士

轴向超声振动磨削加工是一种复合加工方法,即在普通磨削工艺基础上,对砂轮轴向施加超声波振动。超声振动辅助磨削可有效改善工件表面质量,降低磨削力和磨削温度以及减小刀具磨损。磨削力是非常重要的磨削过程参数之一,与工件表面粗糙度... 详细信息

轴向超声振动磨削加工是一种复合加工方法,即在普通磨削工艺基础上,对砂轮轴向施加超声波振动。超声振动辅助磨削可有效改善工件表面质量,降低磨削力和磨削温度以及减小刀具磨损。磨削力是非常重要的磨削过程参数之一,与工件表面粗糙度、磨削温度、磨削比能、砂轮使用寿命等均有直接或间接的关联,对研究磨削加工的机理至关重要。本文通过以超声磨削力为切入点揭示超声磨削过程中的机理。主要内容如下:建立磨粒形状为球形,磨粒高度服从正态分布,磨粒间距服从随机分布的砂轮表面模型。根据磨削运动学理论,通过单颗磨粒运动轨迹方程,引入磨粒实时切削深度变化情况,建立了单颗磨粒的实时磨削截面面积模型。通过考虑实际磨削过程中存在的“空切效应”,建立了超声振动磨削的砂轮实际磨削面积模型。通过对12Cr2Ni4A圆棒状试样进行拉伸实验展开力学性能研究,对其分别进行普通拉伸和全程超声振动拉伸实验。实验结果表明:弹性阶段应力应变曲线高度重合,弹性模量相同,但全程超声振动拉伸提前达到屈服极限并进入塑性变形阶段。使用有限元软件对12Cr2Ni4A合金钢进行间歇振动单轴拉伸仿真。通过圆棒状试样的下端引入高频正弦位移振动,分析其对12Cr2Ni4A合金钢拉伸结果的影响。结果表明:在塑性振动阶段应力急剧下降并震荡变化。并使用应力软化方程计算超声振动软化系数。根据圆锥形变幅杆理论设计了变幅杆结构,使用有限元软件ABAQUS对其进行模态分析,使其达到谐振频率要求。通过使用正交切削原理,考虑超声振动实际磨削面积和考虑超声振动对材料力学性能的影响,建立了超声振动磨削力预测模型。为分析多因素对磨削力的影响程度,搭建了磨削力实验台对磨削力进行研究分析,并设计磨削正交实验,研究各磨削工艺参数对磨削力的影响程度。通过选取工件进给速度、砂轮转速和磨削深度等设计单因素磨削实验,并与磨削力预测值对比分析。结果表明:超声磨削力模型能正确预测磨削力变化趋势,但存在一定程度的偏差。

关键词：超声振动磨削空切效应应力软化磨削力