[发明专利]一种橡胶材料应力松弛及损伤效应的数值预测方法

权利要求书

1.一种橡胶材料应力松弛及损伤效应的数值预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：橡胶材料时变松弛-损伤本构模型的建立；

第二步：橡胶材料的力学试验测试；

第三步：将时变松弛-损伤本构模型应用于有限元软件，构建时变松弛-损伤本构关系与有限元数值模拟技术的相容性仿真计算方法；

第四步：根据第二步获得的橡胶材料的力学试验数据，利用第三步建立的相容性仿真计算方法对橡胶材料时变松弛-损伤本构模型的关键参数进行拟合识别；

第五步：根据建立的时变松弛-损伤本构模型及识别的参数，通过第三步建立的相容性仿真计算方法，对橡胶材料的时变松弛行为及损伤变形数值进行模拟预测；

所述第一步的具体方法如下：

橡胶材料时变松弛-损伤本构模型在每一个时间步长内的增量dε_ij表示如下：

其中，

式中，W^r-e为橡胶材料时变松弛本构模型，t为橡胶材料应力松弛的持载时间；k为松弛幅值退化系数，表征松弛的幅值退化程度；r为松弛衰减系数，表征随时间变化的应力逐渐衰减程度；C₁₀，C₀₁，D₁₀为橡胶材料的超弹参数；为应变不变量；J是弹性体积比；

f是屈服函数，K为强化函数，为等效塑性应变，为等效塑性应变的增量，S_ij为应力偏张量，为等效屈服应力；橡胶材料塑性流动过程中的损伤可以分阶段表示，为不同载荷阶段的等效塑性应变，为不同载荷阶段的等效应力，当n＝0时，可得初始等效屈服应力σ_ij为橡胶材料的应变能应力分量，为超弹与松弛应变增量，为损伤塑性应变增量。

2.根据权利要求1所述的一种橡胶材料应力松弛及损伤效应的数值预测方法，其特征在于，所述第二步的具体方法如下：

(1)开展橡胶试样在不同变形模式下的超弹力学试验，分别进行单轴拉伸力学测试、平面拉伸力学测试、等双轴拉伸力学测试及单轴压缩力学测试；

(2)采用与超弹力学试验测试相同批次的橡胶材料制成应力松弛试样，开展橡胶材料在不同加载位移水平的长时应力松弛试验；

(3)对橡胶试样在应力松弛卸载后的损伤残余变形进行测量，获取不同加载位移水平下的残余变形数据。

3.根据权利要求1所述的一种橡胶材料应力松弛及损伤效应的数值预测方法，其特征在于，所述第三步的具体方法如下：

(1)在有限元软件ABAQUS中，建立橡胶试样的物理模型；

(2)对ABAQUS进行二次开发，基于Fortran语言、UHYPER子程序及ABAQUS脚本文件，将提出的时变松弛-损伤本构模型嵌入至商业有限元软件中，实现材料模型的编写入库；

(3)按照试验工况，对橡胶试样模型进行材料模型赋予、网格划分、边界条件和载荷条件施加、接触关系及求解计算设置，实现橡胶试样的有限元建模与分析。

4.根据权利要求2所述的一种橡胶材料应力松弛及损伤效应的数值预测方法，其特征在于，所述第四步的具体方法如下：

(1)根据已获得的橡胶材料在单轴拉伸、平面拉伸、等双轴拉伸及单轴压缩变形模式下的超弹试验数据，采用最小二乘法对时变松弛-损伤本构模型中的橡胶材料的超弹参数C₀₁、C₁₀和D₁₀进行拟合识别；

(2)根据已获得的橡胶材料在不同加载位移水平的应力松弛试验数据，对时变松弛-损伤本构模型的不同载荷阶段的等效塑性应变进行拟合识别；

(3)在已识别超弹材料参数和部分损伤塑性应变材料参数的基础上，根据已获得的橡胶材料在不同加载位移水平的应力松弛试验数据，对时变松弛-损伤本构模型的松弛材料参数及损伤塑性材料参数进行拟合识别；具体包括：利用软件Isight集成第三步中建立的橡胶材料相容性仿真计算方法，以时变松弛-损伤本构模型中的松弛幅值退化系数k、松弛衰减系数r，和不同载荷阶段的等效应力作为优化设计变量，以松弛试验结果与仿真结果的差值作为优化目标函数，采用多岛遗传优化算法开展材料参数拟合识别。