同一马林斯效应下的橡胶材料多轴拉伸试验方法技术

本发明专利技术提供同一马林斯效应下的橡胶材料多轴拉伸试验方法，涉及橡胶类材料力学特性实验技术领域，包括以下步骤：材料初始状态的拉伸测试、多轴循环加载力学特性测试，后续加载不同侧面固定伸长率的拉伸曲线，可以将起始点平移到原点，选用相同加载次数的曲线作为同一马林斯效应下的多轴拉伸数据，来进行参数拟合确定一个合适材料模型和参数，以进行材料力学特性的有限元数值仿真或者材料刚度的理论计算，该方法可对实验的拉伸长度进行相应的控制，不会造成材料的损伤状态在测试中不断的发生变化，实验测量的测量实验数据对应同一材料状态，不会产生很大的误差，避免在科学研究和工程应用中出现较大的问题。

Multiaxial tensile test method for rubber materials under the same Mullins effect

【技术实现步骤摘要】
同一马林斯效应下的橡胶材料多轴拉伸试验方法
本专利技术涉及橡胶类材料力学特性实验
，具体涉及同一马林斯效应下的橡胶材料多轴拉伸试验方法。
技术介绍
马林斯效应是指材料的后续加载中的刚度小于初始加载刚度的现象，如说明书附图图1所示。马林斯效应引起材料的内部损伤，改变了材料的损伤状态，使得后续加载曲线的刚度小于初始加载刚度。但这种影响具有一定的局限性，在后续加载不超过一定的阈值，该损伤状态不会改变；当加载超过该阈值时，材料的特性与初始加载相同，如说明书附图图2所示，但再次加载中刚度会变小。这个阈值通常称为马林斯效应标准。马林斯效应当前还没有公认的、可靠的标准。获得橡胶类材料的力学特性一般要进行多种类型的材料力学特性测试，常用的有单轴拉伸、平面拉伸和等双轴拉伸，或者更全面的不同双轴比的双轴拉伸。由于这些不同类型的实验在测试中在时间上有先后，在马林斯效应的影响下，先前的加载很可能破坏了材料的状态，致使后续加载中测量的力学特性与前面测量的力学特性不对应同一个材料力学特性状态[DianiJ,TallecPL.AfullyequilibratedmicrospheremodelwithdamageforrubberlikeMaterials.J.Mech.Phys.Solids,2019,124:702-713.]，如说明书附图图1所示，甚至可能会产生1倍以上的测量误差，使得基于这些实验数据的仿真和理论计算结果的可信度大大降低。因此要准确地得出材料在某一种损伤状态下，各种变形状态下的材料特性，必须对马林斯效应的影响进行控制。已有的材料试验中，不同类型的材料试验先后进行，缺乏对实验的拉伸长度进行相应的控制，可能会造成材料的损伤状态在测试中不断的发生变化，因此这些实验测量的测量实验数据不对应同一材料状态，产生很大的误差，给科学研究和工程应用中产生较大的问题。当前尚无针对材料同一损伤状态、不同变形状态下材料力学特性的测试方案。本专利提出了一种在同一损伤状态下测试材料力学特性的新方法，该方法基于文献[MachadoG,ChagnonG,FavierD.InducedanisotropybytheMullinseffectinfilledsiliconerubber.Mech.Mater.,2012,50:70-80.]研究中的两个结论：单轴拉伸不会在侧面引起损伤，拉伸超过前面加载的阈值时，材料的力学特性回到初始状态，如图2所示，第二次加载超过返回点(第一次加载的最大值)后，加载曲线将于初始加载曲线重合。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种同一马林斯效应下的橡胶材料多轴拉伸试验方法，用于测定该类材料在某一损伤状态下的全面的力学特性，使得各种测试状态下马林斯效应的影响是相同的。(二)技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：同一马林斯效应下的橡胶材料多轴拉伸试验方法，包括以下步骤：1)材料初始状态的拉伸测试：选取一组样片，裁制双轴拉伸试样，使用双轴拉伸试验机对实验样件进行不同侧面固定拉伸率的广义平面拉伸(先沿着某方向单轴拉伸到一伸长率，然后固定该方向，在另一垂直方向拉伸到某一伸长率)，具体为使用不同样件分别进行侧向固定伸长率λx＝n×Δ,n＝0,1,…,(λx-max/Δ)-1的广义平面拉伸，其中λx-max表示沿着x方向拟拉伸的最大伸长率，不同固定伸长率的广义平面拉伸使用同一批样片制作的不同样件，样件1、2、...分别按x向拉伸然后固定，再沿着y轴方向拉伸到最大的伸长率，对应于某一最大拉伸应力，然后循环5次，测出材料初始加载曲线；2)多轴循环加载力学特性测试：选取一个新的双轴拉伸样件，先进行侧面不约束的单轴拉伸到某一长度，卸载，再循环一次，然后将侧面拉伸到一长度固定后，再沿着单轴拉伸方向拉伸到加载曲线与该加载方式的初始拉伸曲线重合为止；然后卸载，再沿着侧面拉伸到一个新的长度固定后，再沿着单轴拉伸方向拉伸到该加载方式的初始加载曲线为止，在所有侧面固定加载完成后，进行新一轮循环，循环5次后，在侧面方向增加拉伸长度，重复上述步骤，直至完成全部加载；具体操作如说明书附图图4所示，先沿着y向单轴拉伸Δ，然后卸载回初始点，循环一次。再沿着x方向单轴拉伸Δ到点2，然后固定x方向伸长率，沿着y方向拉伸到点3(本次加载曲线与初次加载曲线的第一个重合点)，然后沿加载路线卸载回2，再加载到4点，然后固定x方向伸长，加载到点5，再沿原路卸载，以此方式加载，直到加载到x方向的最大伸长率nΔ(或直到x加载曲线偏离初始加载曲线为止)，然后回到0点完成一个循环，然后沿着y方向加载2Δ进行另一个循环，直到y方向加载到最大伸长率的循环完成。每循环重复加载5次。完成后换一个样件用伸长率2Δ按同样方法进行新一轮测试，直至伸长率为nΔ。3)后续加载不同侧面固定伸长率的拉伸曲线，可以将起始点平移到原点，选用相同加载次数的曲线作为同一马林斯效应下的多轴拉伸数据，来进行参数拟合确定一个合适材料模型和参数，以进行材料力学特性的有限元数值仿真或者材料刚度的理论计算，一个样件相同循环次数下、各侧面固定伸长率下的拉伸曲线与该加载方式初始加载曲线的重合点位置可以用于材料马林斯标准的分析和验证。进一步的，步骤2)中，先在侧面固定较小的伸长率进行拉伸，拉伸曲线与初始加载曲线重合后停止本方式加载，然后逐步增加固定的侧面伸长率，进行拉伸，重合点是一次加载的停止标志。进一步的，步骤2)中，拉伸时，先在侧面拉伸到一定长度，固定，然后在沿着垂直的方向进行拉伸，所有不同侧面伸长率固定的拉伸都完成后，在才能进行下一轮循环。进一步的，在确定本次加载曲线与初始加载曲线的重合点时，在测试步骤1)初始加载曲线和步骤2)后续加载曲线中，要测量卸载后的长度并计算出该长度与初始长度的长度差Δresidual，在下一次加载中，加载曲线要沿着位移左移2Δresidual，用该移动后的曲线来确定和初始加载曲线的重合点，以消除后续加载变形中残余变形的影响。进一步的，确定本次加载曲线与初始加载曲线的重合点时，可以按照下述方法预先确定，在步骤1)和步骤2)测试开始前，需要进行实验预先测定后续加载回到初次加载的应变，具体实验方法如下：取一样件，在说明书附图图4中，先沿y方向单轴拉伸Δ然后卸载回到原点0，然后沿着x方向单轴拉伸Δ到2点，然后固定x向伸长，沿着y轴方向拉伸到最大值nΔ然后卸载到2点，再沿x轴单轴拉伸到最大值nΔ，即沿图中0-Δ-0-2-nΔ(y轴)-2-nΔ(x轴)加载；然后换一根样条，按图中0-Δ-0-4-nΔ(y轴)-4-nΔ(x轴)加载；按照同样方法，直至最后加载到0-Δ-0-nΔ(x轴)-nΔ(y轴)-nΔ(x轴)。对照初次加载曲线。可以得到后续加载曲线与初次加载曲线的第一个重合点的应力和应变,即回复点。(三)有益效果本专利技术提供了同一马林斯效应下的橡胶材料多轴拉伸试验方法，具有如下有益效果：1、该方法可对实验的拉伸长度进行相应的控制，不会造成材料的损伤状态在测试中不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.同一马林斯效应下的橡胶材料多轴拉伸试验方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)材料初始状态的拉伸测试：选取一组样片，裁制双轴拉伸试样，使用双轴拉伸试验机对实验样件进行不同侧面固定拉伸率的广义平面拉伸，具体为使用不同样件分别进行侧向固定伸长率λ

【技术特征摘要】
1.同一马林斯效应下的橡胶材料多轴拉伸试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)材料初始状态的拉伸测试：选取一组样片，裁制双轴拉伸试样，使用双轴拉伸试验机对实验样件进行不同侧面固定拉伸率的广义平面拉伸，具体为使用不同样件分别进行侧向固定伸长率λx＝n×Δ,n＝0,1,…,(λx-max/Δ)-1的广义平面拉伸，其中λx-max表示沿着x方向拟拉伸的最大伸长率，不同固定伸长率的广义平面拉伸使用同一批样片制作的不同样件，样件1、2、...分别按x向拉伸然后固定，再沿着y轴方向拉伸到最大的伸长率，对应于某一最大拉伸应力，然后循环5次，测出材料初始加载曲线；
2)多轴循环加载力学特性测试：选取一个新的双轴拉伸样件，先进行侧面不约束的单轴拉伸到某一长度，卸载，再循环一次，然后将侧面拉伸到一长度固定后，再沿着单轴拉伸方向拉伸到加载曲线与该加载方式的初始拉伸曲线重合为止，然后卸载，再沿着侧面拉伸到一个新的长度固定后，再沿着单轴拉伸方向拉伸到该加载方式的初始加载曲线为止，在所有侧面固定加载完成后，进行新一轮循环，循环5次后，在侧面方向增加拉伸长度，重复上述步骤，直至完成全部加载，测出后续加载曲线；
3)后续加载不同侧面固定伸长率的拉伸曲线，可以将起始点平移到原点，选用相同加载次数的曲线作为同一马林斯效应下的多轴拉伸数据，来进行参数拟合确定一个合适材料模型和参数，以进行材料力学特性的有限元数值仿真或者材料刚...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏志刚，周建雄，毛欢，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34