[發明專利]一種構建各向同性不可壓縮超彈性體本構模型的方法及其應用

有效

• 申請號: 201710045691.0
• 申請日: 2017-01-22
• 公開（公告）號: CN106815442B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 魏志剛;王孝義
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 安徽知問律師事務所 34134
• 代理人: 平靜

本發明公開了一種構建各向同性不可壓縮超彈性體本構模型的方法及其應用，屬于固體力學、計算力學和實驗力學技術領域。本發明提出的本構模型只采用單一類型實驗數據就能獲得較準確的橡膠類不可壓縮超彈性材料的模型，比當前已有模型精度和可靠性都高，且可以僅僅進行簡單的單軸拉伸實驗測試獲得較準確、全面的橡膠材料特性模型，不必采用當前國內尚難以進行的等雙軸拉伸和平面拉伸測試，具有極高的工程應用價值和計算力學使用前景。

技術領域

本發明涉及工程和科學研究中對各類橡膠材料、生物組織材料的力學性能進行描述和建模，以及在此基礎上的工程和科學應用，特別是計算力學和實驗力學的相關領域。

背景技術

諸如橡膠、肌肉、韌帶等材料可以用不可壓縮超彈性模型來描述其力學特性，建立一個能完整描述該類材料力學的本構模型是工程和科學研究的重大問題。當前雖然已經提出來基于應變的不變量模型、基于三個主伸長率的模型，以及基于分子鏈的模型，但上述橡膠、生物組織類材料缺乏一個完備而且簡潔的模型，具體表現在：或者已有模型的描述能力不夠，不能完全描述材料在各種變形狀態下的力學特性；或者模型過于復雜，在實際的使用中比較困難。

此外，通常情況下，建立橡膠類不可壓縮超彈性材料的模型至少需要單軸拉伸、平面拉伸和等雙軸拉伸三類實驗，但當前只有第一種實驗即單軸拉伸實驗在實踐和理論上比較成熟，接近理想狀態，后兩種實驗理論上還存在一定的缺陷，同時由于實驗設備與條件的限制，實驗非常困難，國內基本上沒有實驗室能較好的進行該兩類實驗，基本上要依托國外如北美AXEL專業實驗室才能進行，實驗成本和費用都非常高。

隨著工業的發展，對橡膠類不可壓縮超彈性材料力學性能模型的要求越來越高，經檢索，中國專利申請號201610303626.9，申請日為2016年5月10日，發明創造名稱為：橡膠材料的超彈性本構模型建模方法；中國專利申請號201610519914.8，申請日為2016年7月4日，發明創造名稱為：一種考慮相關效應的橡膠材料粘超彈本構模型的建模方法；上述申請案均提出了構建材料本構模型的方法(本構模型參數識別方法)，并未提出本構模型本身，目前國內尚未有公開的本構關系申請案。

發明內容

1.發明要解決的技術問題

為了解決上述現有技術存在的問題，本發明提出了一種構建各向同性不可壓縮超彈性體本構模型的方法及其應用，本發明提出的模型不僅能很好的擬合所有實驗曲線，且只用一種類型的材料實驗就可獲得較準確地任意狀態下可靠的材料力學特性，可有效解決工程實踐中橡膠類材料平面拉伸和等雙軸拉伸實驗困難，及已有模型擬合精度低，不可靠的問題。

2.技術方案

為達到上述目的，本發明提供的技術方案為：

本發明的一種構建各向同性不可壓縮超彈性體本構模型的方法，為任意平面變形狀態的應力-伸長率函數與平面拉伸應力-伸長率函數的關系模型，具體為如下形式：

式中，T_i表示在任意三軸應力狀態(λ_i,λ_j,λ_k)下λ_i方向的名義應力；T_i(λ_i,λ_j)表示在平面應力狀態(λ_i,λ_j,1/λ_iλ_j)下λ_i方向的名義應力；λ_i,λ_j,λ_k分別為三個受力方向的主伸長率，下標i,j,k為數字1、2、3的組合排列；k為一個待識別的材料參數，k在λ_j大于1或者小于1時可取不同的兩個值；T_planar表示為平面拉伸材料力學性能試驗中測得的在伸長率為λ時的名義應力函數。

更進一步地，在三軸應力狀態下，所述本構模型為：