橡胶材料动态特性：超弹性-黏弹性-弹塑性本构模型在液压衬套中的应用

"基于橡胶材料本构模型叠加的液压衬套动态特性计算方法 (2010年) - 吴杰 - 华南理工大学机械与汽车工程学院" 在本研究中，作者吴杰探讨了填充橡胶材料在液压衬套中的动态特性，并提出了一种通过本构模型叠加来模拟这些特性的新方法。橡胶材料的动态特性因其激振频率和振幅的不同而表现出变化，这在工程应用中具有重要影响，尤其是在振动控制和结构动力学领域。本构模型是描述材料力学行为的基础，通过叠加超弹性、黏弹性和弹塑性模型，可以更全面地理解橡胶材料的复杂动态行为。 首先，超弹性模型被用来描述橡胶的弹性特性，这种特性使得橡胶在应力撤销后能恢复到原来的形状。超弹性模型通常基于胡克定律，但能够处理较大的变形，适合于描述橡胶的非线性弹性行为。 其次，黏弹性模型考虑了橡胶在动态加载下的时间依赖性，即材料内部的粘性效应。当激振频率变化时，橡胶的阻尼特性也会改变，这在黏弹性模型中得以体现。通过这种模型，可以计算出材料的衰减因子和松弛函数等参数，进一步揭示其与频率的相关性。 再者，弹塑性模型则用于捕捉橡胶在高应变下的塑性变形，尤其是在大振幅激振下。这种模型可以帮助理解橡胶在受到不可逆变形时的行为，特别是在长时间或高能量输入条件下。 为了识别这些模型的参数，吴杰通过橡胶试件的简单剪切实验收集数据，然后用这些数据拟合模型参数。这种方法确保了模型的参数与实际材料行为的一致性。 接着，作者利用流固耦合分析方法，将建立的超弹性-黏弹性-弹塑性本构模型应用于计算特定液压衬套的动态特性。流固耦合分析是解决流体与固体相互作用问题的一种数值方法，特别适用于液压系统中的问题。通过这种分析，可以得到衬套在不同工况下的响应，包括位移、速度和加速度等。 对比实验数据和计算结果，吴杰得出结论，提出的叠加本构模型能够有效地表征橡胶材料的振幅相关性和频率相关性动态特性，对于预测液压橡胶元件的动态性能和进行优化设计具有重要的实用价值。这一研究为橡胶材料在液压系统中的应用提供了更精确的理论基础，有助于改进液压设备的性能和寿命。