用于模拟橡胶材料的方法技术

一种用于模拟橡胶材料的方法，其包括如下步骤：用可数值分析的元素设置橡胶材料模型，该模型用于模型化包括橡胶、二氧化硅和用于粘结它们的界面粘合剂的橡胶材料；通过在橡胶材料模型中设置条件来计算变形；以及根据变形计算获得所需的物理量。该橡胶材料模型（2）包括：用于模型化基质橡胶的基质模型（3）；多个被设置于所述基质模型（3）中的用于模型化二氧化硅的二氧化硅模型（4）；以及环状围绕各个二氧化硅模型（4）并具有比所述基质模型更硬的物质性能的界面模型（5）。该橡胶材料模型包括通过经由界面模型（5）连结多个二氧化硅模型（4）而形成的连结体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种，该方法有助于橡胶材料的变形分析，该橡胶材料包括基质橡胶、二氧化硅、以及以高精确度将它们粘结在一起的界面粘合剂。
技术介绍
在用于轮胎、运动产品、以及其他工业产品的橡胶材料中，传统上大量地使用碳以提高橡胶材料的机械特性。近年来，大量地使用二氧化硅以代替碳。这是因为二氧化硅化合物与碳化合物相比具有更低的能量损耗，于是，例如这有助于降低轮胎的滚动阻力并改善燃料效率。此外，二氧化硅是非石油资源，并且是环境友好的填料。因此，对混入了二氧化硅的橡胶材料的变形进行高精确度的计算机模拟分析对于未来的轮胎开发等是非常有益的。近年来，已知如下非专利文献I和专利文献I公开了用计算机模拟橡胶材料的方·法。专利文献I公开了使用有限元法的变形计算，其中用可数值分析的元素模型化的基质模型和填料模型被设定为橡胶材料模型，该模型化考虑了填料的影响。相关文献专利文献专利文献I:日本专利公开3668238。非专利文献l:Ellen M. Arruda and Marry C. Boyce, 〃用于橡胶弹性材料的较大拉伸行为的三维结构模型〃，Journal of the Mechanics and Physics of Solids Volume41，Issue 2，pp. 389-412(1993 年 2 月)。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题如图15所示，在模拟混入了二氧化硅的橡胶材料时，橡胶材料模型20被使用，该橡胶材料模型包括用于模型化橡胶基质的基质模型21 ;被设置在基质模型中的以方差几何方式模型化二氧化硅的二氧化硅模型22 ;环形围绕二氧化硅模型22表面外周的界面模型23。在基质模型21和二氧化硅模型22中，各个物性被预期地限定。例如，二氧化硅模型22被用作硬弹性体，其中弹性模量被设定。至于基质模型21中的物性，按照所谓的没有填料的橡胶的拉伸测试的结果设定其物性(例如，表明应力与拉伸之间关系的函数)。向混入了二氧化硅的橡胶材料中混入界面粘合剂比如硅烷偶联剂等，以便粘结二氧化硅和橡胶。因此，传统的模拟是以二氧化硅与橡胶用界面粘合剂粘结为前提。并且，二氧化硅模型22与基质模型21之间的界面被确定为界面模型23。然而，例如，当用橡胶材料模型20模拟拉伸变形时，应力-拉伸试验结果可能与真实拉伸试验中获得的应力-拉伸结果有较大的不同。然而，本专利技术的专利技术人通过各种试验发现，这些结果之间的差距是由二氧化硅模型的几何学所引起。也就是说，本专利技术人认真研究了二氧化硅的几何学，并假定界面粘合剂不仅粘结二氧化硅和基质橡胶，而且通过以纽线状(cord-like)方式使二氧化硅彼此相连来限制二氧化硅颗粒的移动。在根据该模型进行模拟之后，本专利技术人发现在模拟试验结果与真实试验结果之间存在非常高的相关性，并由此实现了本专利技术。因此，本专利技术的目的是提供一种模拟方法，该方法能以高精确度计算混入了二氧化硅的橡胶部件的变形。本专利技术涉及一种，其包括如下步骤用可数值分析的元素设置橡胶材料模型，该模型用于模型化包括基质橡胶、二氧化硅和用于粘结基质橡胶和二氧化硅的界面粘合剂的橡胶材料；通过在橡胶材料模型中设置条件来计算变形；以及根据变形计算获得所需的物理量。橡胶材料模型包括用于模型化基质橡胶的基质模型； 多个被设置于基质模型中的用于模型化二氧化硅的二氧化硅模型；以及环状围绕各个二氧化硅模型、并具有比基质模型更硬的物理性能的界面模型。橡胶材料模型包括通过经由界面模型连结多个二氧化硅模型而形成的连结体。根据本专利技术，橡胶材料模型包括用于模型化橡胶基质的基质模型；多个被设置在基质模型中的用于模型化二氧化硅的二氧化硅模型；以及环状围绕各个二氧化硅模型、并具有比基质模型更硬物理性能的界面模型。橡胶材料模型包括经由界面模型用多个二氧化硅模型连接的连结体。通过用该橡胶进行模拟(变形计算)，可获得与混入了二氧化硅的真实橡胶材料高度相关的计算结果。连结体优选在橡胶材料模型的整个区间内相对于轴的任意方向连续地延伸。设置橡胶材料模型的步骤包括参数确定步骤，以便确定界面模型中的物理参数。参数确定步骤包括至少制备第一未硫化橡胶组合物和第二未硫化橡胶组合物的步骤，其中第一未硫化橡胶组合物具有与分析对象的橡胶材料模型相同的混合物，第二未硫化橡胶组合物具有从第一未硫化橡胶组合物中排除了界面粘合剂的混合物；获得第一残留物和第二残留物的步骤，通过将第一未硫化橡胶组合物和第二未硫化橡胶组合物浸入溶剂中，以便分别从第一未硫化橡胶组合物和第二未硫化橡胶组合物中除去基质橡胶，获得第一残留物和第二残留物；通过至少测定第二残留物的tan δ的峰值温度Τ2以及第一残留物的tan δ的峰值温度Tl以及评估，并基于这两个峰值温度来评估差值Τ2-Τ1的步骤；制备基础硫化橡胶材料以及不同种类的硫化橡胶材料的步骤，该基础硫化橡胶材料具有从第一未硫化橡胶组合物中排除了二氧化硅的混合物，不同种类的硫化橡胶组合物仅在交联密度上与基础硫化橡胶材料不同；通过测定各个硫化橡胶材料的tan δ的峰值温度,获得硫化橡胶材料的tan δ的峰值温度与交联密度之间关系的步骤；根据上述关系，指定硫化橡胶材料的交联密度的步骤，该硫化橡胶材料的tan δ的峰值温度等于通过将差值Τ2-Τ1与基础硫化橡胶材料的tan δ的峰值温度Τ3相加获得的温度以及基于具有确定的交联密度的硫化橡胶材料的物性来限定界面模型的参数的步骤。附图说明图I为显示本专利技术的实施方式的例子的计算机装置的概略图。图2为显示本专利技术实施方式的操作步骤的流程图。图3为显示橡胶材料模型的实施方式的线图(显微结构)。图4 (A)为粘弹性材料，图4 (B)为说明其分子链单个结构的线图，图4 (C)为单分子链的放大图，以及图4 (D)为分段的放大图。图5 (A)为显示粘弹性材料的网状结构体的概略图；以及图5 (B)为显示八链模型的例子的概略图。图6 (A)和图6 (B)是说明分子链的结合点的张力裂隙(tension crack)的线图。图7是显示基质模型和界面模型的物性的例子的应力-应变曲线。图8是显示橡胶材料模型的另一实施方式的线图(显微结构)。图9是说明未混入二氧化硅的硫化橡胶的tan δ与温度之间关系的示意图。图10是显示变形模拟的步骤的流程图。图11是显示说明均一化方法的显微结构与整体结构之间关系的视图。图12 Ca)至图12 Ce)是显示实施例和对照例的橡胶材料模型的线图。图13是实施方式中的八链模型的结构图。图14是比较模拟结果与试验结果的名义应力-拉伸曲线。图15是混入了二氧化硅的橡胶材料的传统模型。附图标记的说明I计算机装置2橡胶材料模型3基质模型4 二氧化硅模型5界面模型6连结体具体实施例方式下面结合附图，对本专利技术的实施方式进行说明。图I显示了用于进行本专利技术的模拟方法的计算机装置I。计算机装置I包括主机la、键盘lb、鼠标Ic以及显示设备Id。在主机Ia内，存在大容量储存装置比如CPU、ROM、暂存器、以及磁盘等。主机Ia包括⑶-ROM和软盘驱动装置Ial和la2。因此，主机Ia在大容量储存装置中储存处理过程(程序)，以便实施本专利技术的下述模拟方法。 在本专利技术实施方式的模拟方法中，模拟混入了二氧化硅的橡胶材料的变形，该橡胶材料包括基质橡胶、二氧化硅、以及粘结它们的界面粘合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：内藤正登，
申请(专利权)人：住友橡胶工业株式会社，
类型：
国别省市：