[發(fā)明專(zhuān)利]海水老化的沉管隧道GINA止水帶時(shí)變本構(gòu)模型構(gòu)建方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210410929.6
• 申請(qǐng)日: 2022-04-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114818180A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡指南;宗怡雯;馮玉楚;杜永剛;劉志春;孟碩朋
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 石家莊鐵道大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/17
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/17;G06F30/13;G06F30/20;G01N3/08;G01N3/10;G01N17/00;G01N1/42;G01N1/28;G06F30/23;G06F111/04;G06F119/04;G06F119/14
• 代理公司: 西安佩騰特知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61226
• 代理人: 曹宇飛

1.海水老化的沉管隧道GINA止水帶時(shí)變本構(gòu)模型構(gòu)建方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)選取GINA止水帶試件，對(duì)GINA止水帶試件進(jìn)行設(shè)計(jì)壓縮量下的不同溫度的海水加速老化試驗(yàn)，獲取不同老化溫度下的應(yīng)力松弛曲線；

2)根據(jù)步驟1)的應(yīng)力松弛曲線確定出GINA止水帶老化后接觸應(yīng)力σ和初始接觸應(yīng)力σ₀，根據(jù)k＝σ/σ₀確定出GINA止水帶的老化系數(shù)k；根據(jù)P＝σ-σ₀確定出GINA止水帶所用橡膠的老化性能變化值P；

3)根據(jù)時(shí)溫疊加原理得到常溫下的lnP隨時(shí)間t變化的曲線，得到方程式P＝exp(f(t))，f(t)為老化性能變化值P與時(shí)間t的變化函數(shù)；根據(jù)GINA止水帶的老化系數(shù)k與GINA止水帶所用橡膠的老化性能變化值P之間的關(guān)聯(lián)確定出P＝(1-k)σ₀，即得到GINA止水帶的常溫老化系數(shù)k_常＝1-exp(f(t))/σ₀；

4)在環(huán)境溫度為23℃、拉伸速度500mm/min的條件下對(duì)GINA止水帶進(jìn)行單軸拉伸試驗(yàn)，確定出GINA止水帶的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線；

5)用GINA止水帶的常溫老化系數(shù)k_常對(duì)步驟(4)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線進(jìn)行修正，獲得全老化周期的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線；

6)根據(jù)步驟5)的全老化周期的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線，結(jié)合Mooney-Rivlin模型構(gòu)建出GINA止水帶應(yīng)力松弛與海水老化的本構(gòu)模型：

σ＝2(λ²-λ^-1)(f(t)+g(t)λ^-1)；

其中，t為老化時(shí)間；λ為GINA止水帶的伸長(zhǎng)比；f(t)為C₁₀隨時(shí)間t變化的函數(shù)；g(t)為C₀₁隨時(shí)間t變化的函數(shù)；C₁₀和C₀₁為Mooney-Rivlin模型的Rivlin系數(shù)，其值由全老化周期的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線確定。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海水老化的沉管隧道GINA止水帶時(shí)變本構(gòu)模型構(gòu)建方法，其特征在于，所述步驟(6)具體為：

6.1)根據(jù)步驟4)中GINA止水帶的單軸拉伸試驗(yàn)，確定ε_i，根據(jù)ε_i確定出GINA止水帶的3個(gè)伸長(zhǎng)比λ_i，分別記為λ₁、λ₂和λ₃，求出Green應(yīng)變張量不變量I₁和I₂，如下式：

λ_i＝1+ε_i (1)

I₁＝λ₁²+λ₂²+λ₃² (2)

I₂＝λ₁²λ₂²+λ₂²λ₃²+λ₁²λ₃² (3)

其中，I₁為第一應(yīng)變張量不變量，I₂為第二應(yīng)變張量不變量；λ₁、λ₂和λ₃分別表示X軸方向的伸長(zhǎng)比、Y軸方向的伸長(zhǎng)比和Z軸方向的伸長(zhǎng)比；ε_i為應(yīng)變，i＝1、2或3，其中，ε₁為X軸方向的應(yīng)變，ε₂為Y軸方向的應(yīng)變，ε₃為Z軸方向的應(yīng)變；

6.2)根據(jù)Green應(yīng)變不變量I₁和I₂，確定出應(yīng)變能密度W為：

W＝C₁₀(I₁-3)+C₀₁(I₂-3) (4)

其中，C₁₀和C₀₁為Mooney-Rivlin模型的Rivlin系數(shù)，其值由全老化周期的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線確定；

6.3)通過(guò)Kirchhoff應(yīng)力與Green應(yīng)變的關(guān)系：得出GINA止水帶老化后接觸應(yīng)力σ與伸長(zhǎng)比λ之間的關(guān)系為：

將公式(4)對(duì)I₁、I₂求偏導(dǎo)數(shù)，得出則GINA止水帶老化后接觸應(yīng)力σ伸長(zhǎng)比λ之間的關(guān)系：

σ＝2(λ²-λ^-1)(C₁₀+C₀₁λ^-1) (6)

6.4)采用Origin軟件基于全老化周期的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線，對(duì)公式(6)以非線性最小二乘法進(jìn)行參數(shù)識(shí)別，獲得全壽命周期t_i下的C₁₀和C₀₁值，根據(jù)C₁₀和C₀₁隨老化時(shí)間變化的曲線，得出C₁₀和C₀₁隨時(shí)間變化的函數(shù)f(t)和g(t)，進(jìn)而構(gòu)建出GINA止水帶應(yīng)力松弛與海水老化的本構(gòu)模型：

σ＝2(λ²-λ^-1)(f(t)+g(t)λ^-1) (7)。