[发明专利]一种针对Mullins效应参数的优化反演方法

说明书

本发明公开了一种针对Mullins效应参数的优化反演方法，属于高分子材料软化效应表征技术领域。该方法实现的步骤如下：首先开展含Mullins效应材料的力学试验，提取加载、卸载载荷‑位移信息；然后开展含Mullins效应有限元仿真计算，设置输出加载、卸载载荷‑位移信息；再基于Isight软件搭建关联商用有限元软件的参数优化流程；最后运行优化程序，反演获得Mullins效应参数。本发明为实际应用表征Mullins效应参数提供了明确可行的流程，建立了针对橡胶软化效应的一种高效、快速的参数反演手段。

技术领域

本发明属于高分子材料软化效应表征技术领域，具体涉及一种高分子聚合物材料的Mullins效应参数的优化反演方法。

背景技术

舰船减振以及抗冲击元件多由橡胶等高分子材料组成，其静力学以及动力学特性直接决定了实际应用效果。在新型减振器研制的工作实际中普遍发现，聚氨酯、橡胶等高分子材料在不同的加载应变以及反复加载过程下，具有与普通材料迥然不同的力学特性，即Mullins效应。这是一种橡胶等高分子材料普遍具有的软化效应，对减振元件的静力学以及动力学特性都有显著影响，表征获得其准确的本构参数对于提升减振以及抗冲击元件的减隔振效果具有非常重要的意义。

在连续介质力学框架下，高分子聚合物材料可以用线弹性、超弹性、线性粘弹性、非线性粘弹性、多孔弹性或其它双相、多相本构关系来描述，需要根据材料表现出的力学响应选择合适的本构模型。Mullins效应，即在典型橡胶材料的应力-应变循环试验中，当橡胶经历“加载-卸载-再加载循环”时，卸载应力和重加载应力远远小于初始加载时的应力。在重加载时，随着应变的增加，应力-应变曲线首先沿着卸载路径变化，然后随着应变的进一步增加，应力-应变曲线与主曲线重合。Mullins效应是高分子聚合物材料的一个显著特性，对减振器等承载元件的设计效果影响很大，值得重点关注。

Mullins和Tobin分别于1953年和1957年对填充硫化橡胶的应力软化现象进行了试验和模型预测对照。Shen于2001年对聚氨酯泡沫体受压缩时的Mullins效应所做的试验，获得了与Ogden模型相吻合的应力应变曲线。Cheng和Chen于2003年对于三元乙丙橡胶(EPDM)的Mullins效应做了预测，并与模型曲线进行了对比。Johnson和Beatty对丁纳橡胶和氯丁橡胶的Mullins效应做了拉伸试验。Lu、以及Hao分别对粘弹性和Mullins效应进行了本构模型参数表征。Tang等研究了纳米复合材料水凝胶的Mullins效应，考虑了残余变形和非理想循环加载的影响。Zhang等用Mullins效应和内聚力模型对含裂纹水凝胶等弹性体进行了断裂分析。此外，还有众多研究均对Mullins效应进行了表征。上述表征多为拉伸、压缩等常规方法，在试验中需要制备特定尺寸和形状的样件，且在样件机加工过程中很可能对材料表观应力软化效应产生影响。相比而言，压痕方法的测量更为简便，更易实现原位、多尺度和局部表征测量，但是目前利用压痕方法进行Mullins效应表征的工作较为少见。Mullins效应虽早已有本构模型嵌入至商用有限元软件，但目前鲜有对Mullins效应参数进行优化反演的工作。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种针对Mullins效应参数的优化反演方法，能够正确反映高分子聚合物材料的Mullins效应特性，以便更好地进行橡胶减振元器件的精准化设计开发。

一种针对Mullins效应参数的优化反演方法，该方法实现的步骤如下：

步骤一：开展含Mullins效应材料的力学试验，提取加载、卸载载荷-位移信息；

步骤二：开展含Mullins效应有限元仿真计算，设置输出加载、卸载载荷-位移信息；

步骤三：基于Isight软件搭建关联商用有限元软件的参数优化流程；

步骤四：运行优化程序，反演获得Mullins效应参数。