氢化丁腈橡胶在不同环境下本构模型参数求解方法技术

本发明专利技术提供一种氢化丁腈橡胶在不同环境下本构模型参数求解方法，包括：步骤1，通过橡胶拉伸试件的准静态弹性特性试验获取氢化丁腈橡胶材料在不同工作环境下的超弹性应力‑应变关系，进行氢化丁腈橡胶材料超弹性本构关系的拟合；步骤2，根据C

A method for solving constitutive model parameters of hydrogenated NBR in different environments

【技术实现步骤摘要】
氢化丁腈橡胶在不同环境下本构模型参数求解方法
本专利技术涉及材料分析
，特别是涉及到一种氢化丁腈橡胶在不同环境下本构模型参数求解方法。
技术介绍
近年来，随着大型商业有限元分析软件，像MARC的出现，使得工程设计人员对弹性体构件的有限元分析变成现实。从那时起，其他的有限元分析软件，像ANSYS和ABAQUS也加入一些用于分析弹性体类材料的程序。有限元分析法的可靠性已经被许多有限元软件的开发者所证实。随着计算机性能的提高以及大型非线性有限元软件的发展，为橡胶制品的工程模拟提供了广阔的发展前景。利用大型非线性有限元软件，从事轮胎、空气弹簧及密封件等的研究越来越多，但由于橡胶本构关系的非线性化，以及橡胶制品在应用时的大变形、接触非线性边界条件，使其工程模拟变得非常困难。模拟结果的准确性，与对所研究问题的简化程度，采用的橡胶本构关系模型以及该模型中材料常数测试的准确性有密切关系。为此，本专利技术以橡胶中常用的Mooney-Rivlin模型为例，对一种氢化丁腈橡胶在不同环境下本构模型参数(Rivlin系数)的确定做了探讨。确定弹性体材料的非线性特性是困难的，但基于应变能密度用于大弹性变形的几种本构理论已经发展起来，并已用于超弹性材料。这些本构方程主要有2类:第1类认为应变能密度是主应变不变量的一个多项式函数。当材料是不可压缩时，这个材料模型通常被称作Rivlin材料。如果仅仅一次项被采用，模型被称为Mooney-Rivlin材料。第2类认为应变能密度是3个主伸长率的独立函数。如Ogden，Peng和Peng-Landel材料模型。在弹性体非线性有限元分析中，Mooney-Rivlin应变能函数是广泛应用的本构关系，目前主要通过测试或曲线拟合试验数据的方法获得橡胶本构模型参数，但此方法只能求得某一特定温度下的参数，忽略了高温老化对其参数的影响，若要获得不同环境下的所有本构模型参数，还需做大量试验。为此我们专利技术了一种新的氢化丁腈橡胶在不同环境下本构模型参数求解方法，解决了以上技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种根据氢化丁腈橡胶不同工作环境下的弹性模量，结合C10与C01比值通过公式分别求解出C10与C01的氢化丁腈橡胶在不同环境下本构模型参数求解方法。本专利技术的目的可通过如下技术措施来实现：氢化丁腈橡胶在不同环境下本构模型参数求解方法，该氢化丁腈橡胶在不同环境下本构模型参数求解方法包括：步骤1，通过橡胶拉伸试件的准静态弹性特性试验获取氢化丁腈橡胶材料在不同工作环境下的超弹性应力-应变关系，进行氢化丁腈橡胶材料超弹性本构关系的拟合；步骤2，根据C01和C10比值与温度变化之间的规律，得到氢化丁腈橡胶两参数本构模型比值C01/C10随温度变化公式；步骤3，将所有弹性模量数据通过拟合得到氢化丁腈橡胶弹性模量E随温度和老化时间变化公式；步骤4，求解确定氢化丁腈橡胶两参数本构模型参数C10、C01。本专利技术的目的还可通过如下技术措施来实现：在步骤1中，通过橡胶拉伸试件的准静态弹性特性试验获取氢化丁腈橡胶材料在不同工作环境下的超弹性应力-应变关系：采用与目标橡胶材料结构中相同批次的橡胶材料，制取哑铃形试片；在液压伺服实验台上进行准静态加载，记录加载的载荷和试件的变形，测得不同伸长比λ下的应力值σ；通过哑铃形试片的拉伸试验获取橡胶材料100-200％的拉伸应力-伸长比关系。在步骤1中，根据测出的不同伸长比λ下的应力σ，采用多元线性回归将100-200％的应力-伸长比试验数据拟合为如下形式：其中σ为应力，λ为伸长比，λ＝1+ε，ε为材料的应变；把试验点表述在相应坐标系中，并把这些试验点回归成一条直线，C01为这条直线的斜率，C10为这条直线的截距，得到橡胶材料在不同工作环境下C10和C01的具体数值；特征参数C10和C01是准静态有限元分析时所需输入的Mooney-Rivlin超弹性材料模型参数。在步骤2中，通过研究分析步骤1的试验数据，发现氢化丁腈橡胶Mooney-Rivlin本构模型参数C10和C01比值与温度变化之间的规律，将不同工作环境下的C10和C01比值数据采用多元线性拟合得到氢化丁腈橡胶两参数本构模型比值C01/C10随温度变化公式。在步骤3中，通过步骤1橡胶拉伸试件的准静态弹性特性试验，得到不同工作环境下的氢化丁腈橡胶弹性模量，将所得到的所有弹性模量数据通过拟合得到氢化丁腈橡胶弹性模量随温度和老化时间变化公式。在步骤4中，利用步骤2中的拟合公式，计算得出不同温度环境下C10和C01的比值；利用步骤3中的拟合公式，计算得出不同温度、不同老化时长环境下氢化丁腈橡胶弹性模量；最后结合公式E＝6(C10+C01)求解确定C10和C01。本专利技术中的氢化丁腈橡胶在不同环境下本构模型参数求解方法，为氢化丁腈橡胶在不同环境下本构模型参数求法，特别是氢化丁腈橡胶在不同温度、不同高温老化时长下，橡胶材料Mooney-Rivlin本构模型材料参数C10和C01的计算方法。该氢化丁腈橡胶在不同环境下本构模型参数求解方法在不同温度、不同老化时长试验的基础上，通过数据处理与分析，发现氢化丁腈橡胶Mooney-Rivlin本构模型参数C10和C01比值随温度变化的规律，提出了一种氢化丁腈橡胶在不同温度、不同高温老化时长情况下其Mooney-Rivlin本构模型材料参数C10和C01的求解方法。根据氢化丁腈橡胶不同工作环境下的弹性模量，结合C10与C01比值通过公式分别求解出C10与C01，避免了繁杂的测试或曲线拟合确定其参数的过程。附图说明图1为本专利技术的氢化丁腈橡胶在不同环境下本构模型参数求解方法的一具体实施例的流程图。具体实施方式为使本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。如图1所示，图1为本专利技术的氢化丁腈橡胶在不同环境下本构模型参数求解方法的流程图。第一步，氢化丁腈橡胶材料超弹性本构关系的拟合(1)首先通过橡胶拉伸试件的准静态弹性特性试验获取氢化丁腈橡胶材料在不同工作环境下的超弹性应力-应变关系：采用与目标橡胶材料结构中相同批次的橡胶材料，制取哑铃形试片。在液压伺服实验台上进行准静态加载，记录加载的载荷和试件的变形，测得不同伸长比λ下的应力值σ。通过哑铃形试片的拉伸试验获取橡胶材料100-200％的拉伸应力-伸长比关系；(2)根据测出的不同伸长比λ下的应力σ，通过ORIGIN(函数绘图软件)采用多元线性回归将100-200％的应力-伸长比试验数据拟合为如下形式其中σ为应力，λ为伸长比，λ＝1+ε，ε为材料的应变。把试验点表述在相应坐标系中，并把这些试验点回归成一条直线，C01为这条直线的斜率，C10为这条直线的截距，可得橡胶材料在不同工作环境下C10和C01的具体数值。特征参数C10和C01是准静态有限元分析时所需输入的Mooney-Rivlin超弹性材料模型参数。第二步，得到随温度变化氢化丁腈橡本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.氢化丁腈橡胶在不同环境下本构模型参数求解方法，其特征在于，该氢化丁腈橡胶在不同环境下本构模型参数求解方法包括：/n步骤1，通过橡胶拉伸试件的准静态弹性特性试验获取氢化丁腈橡胶材料在不同工作环境下的超弹性应力-应变关系，进行氢化丁腈橡胶材料超弹性本构关系的拟合；/n步骤2，根据C

【技术特征摘要】
1.氢化丁腈橡胶在不同环境下本构模型参数求解方法，其特征在于，该氢化丁腈橡胶在不同环境下本构模型参数求解方法包括：
步骤1，通过橡胶拉伸试件的准静态弹性特性试验获取氢化丁腈橡胶材料在不同工作环境下的超弹性应力-应变关系，进行氢化丁腈橡胶材料超弹性本构关系的拟合；
步骤2，根据C01和C10比值与温度变化之间的规律，得到氢化丁腈橡胶两参数本构模型比值C01/C10随温度变化公式；
步骤3，将所有弹性模量数据通过拟合得到氢化丁腈橡胶弹性模量E随温度和老化时间变化公式；
步骤4，求解确定氢化丁腈橡胶两参数本构模型参数C10、C01。


2.根据权利要求1所述的氢化丁腈橡胶在不同环境下本构模型参数求解方法，其特征在于，在步骤1中，通过橡胶拉伸试件的准静态弹性特性试验获取氢化丁腈橡胶材料在不同工作环境下的超弹性应力-应变关系：采用与目标橡胶材料结构中相同批次的橡胶材料，制取哑铃形试片；在液压伺服实验台上进行准静态加载，记录加载的载荷和试件的变形，测得不同伸长比λ下的应力值σ；通过哑铃形试片的拉伸试验获取橡胶材料100-200％的拉伸应力-伸长比关系。


3.根据权利要求2所述的氢化丁腈橡胶在不同环境下本构模型参数求解方法，其特征在于，在步骤1中，根据测出的不同伸长比λ下的应力σ，采用多元线性回归将100-200％的应力-伸长比试验数据拟合为如下形式：



其中σ为应力，λ为...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵小龙，叶金胜，辛林涛，姜国良，周承诗，孙骞，于学信，杨洁，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：山东;37