Численное моделирование вязкоупругого поведения наполненных вулканизатов
Автор: Солодько Владислав Николаевич, Свистков Александр Львович, Пелевин Александр Геннадьевич
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 2 т.7, 2014 года.
Бесплатный доступ
В работе рассматривается численная реализация определяющих соотношений вязкоупругой модели сплошной среды. Модель описывает поведение наполненных вулканизатов в случае конечных деформаций. Используются аддитивное разложение тензора скоростей деформации, а также понятия макро- и структурного уровней деформирования. Гиперупругость связующего полимерного композита вводится соотношениями, построенными на базе обобщённой модели полимерной цепи в трубке. Реологические свойства представляются в виде дифференциальных соотношений. Опробованы различные виды слагаемого в потенциале свободной энергии, отвечающего за релаксационные свойства. Предложена зависимость коэффициента вязкого течения от параметров среды и внутренних тензорных переменных. Оценено соответствие результатов численного моделирования данным экспериментов на одноосное циклическое нагружение наполненных вулканизатов.
Вязкоупругость, конечные деформации, двухуровневая структурно-феноменологическая модель, эластомер, наполнитель, наполненные вулканизаты
Короткий адрес: https://sciup.org/14320713
IDR: 14320713 | УДК: 539.3 | DOI: 10.7242/1999-6691/2014.7.2.12
Numerical modeling of viscoelastic behavior of filled rubber vulcanizates
The paper focuses on the numerical implementation of constitutive relations of a continuum viscoelastic model, which describes the behavior of filled rubber vulcanizates under finite deformations. In the model, the additive decomposition of the strain rate tensor and the concept of macro and structural levels of deformation are used. The equilibrium hyperelastic behavior of a polymer binder is represented by relations that are based on the generalized tube model. Rheological properties are represented as differential relations. Various types of a term in the expression for free energy potential responsible for relaxation properties are tested. The viscous flow coefficient is analyzed as a function of continuum parameters and internal tensor variables. Simulation results are compared with the experimental data for filled rubber vulcanizates under uniaxial cyclic loading.
Список литературы Численное моделирование вязкоупругого поведения наполненных вулканизатов
- Bergström J.S., Boyce M.C. Constitutive modeling of the large strain time-dependent behavior of elastomers//J. Mech. Phys. Solids. -1998. -Vol. 46, no. 5. -P. 931-954.
- Huber N., Tsakmakis C. Finite deformation viscoelasticity laws//Mech. Mater. -2000. -Vol. 32, no. 1. -P. 1-18.
- Bonet J. Large strain viscoelastic constitutive models//Int. J. Solids Struct. -2001. -Vol. 38, no. 17. -P. 2953-2968.
- Amin A.F.M.S., Lion A., Sekita S., Okui Y. Nonlinear dependence of viscosity in modeling the rate-dependent response of natural and high damping rubbers in compression and shear: Experimental identification and numerical verification//Int. J. Plasticity. -2006. -Vol. 22, no. 9. -P. 1610-1657.
- Hoo Fatt M.S., Ouyang X. Three-dimensional constitutive equations for Styrene Butadiene Rubber at high strain rates//Mech. Mater. -2008. -Vol. 40, no. 1-2. -P. 1-16.
- Laiarinandrasana L., Piques R., Robisson A. Visco-hyperelastic model with internal state variable coupled with discontinuous damage concept under total Lagrangian formulation//Int. J. Plasticity. -2003. -Vol. 19, no. 7. -P. 977-1000.
- Haupt P., Sedlan K. Viscoplasticity of elastomeric materials: experimental facts and constitutive modelling//Arch. Appl. Mech. -2001. -Vol. 71, no. 2-3. -P. 89-109.
- Palmov V.A. Comparison of different approaches in viscoelastoplasticity for large strains//ZAMM -J. Appl. Math. Mech. -2000. -Vol. 80, no. 11-12. -P. 801-806.
- Свистков А.Л., Лауке Б. Дифференциальные определяющие уравнения несжимаемых сред при конечных деформациях//ПМТФ. -2009. -Т. 50, № 3. -С. 158-170.
- Marvalova B. Viscoelastic properties of filled rubber. Experimental observations and material modelling//Eng. Mech. -2007. -Vol. 14, no. 1-2. -P. 81-89.
- Lion A. A constitutive model for carbon black filled rubber: Experimental investigations and mathematical representation//Continuum Mech. Therm. -1996. -Vol. 8, no. 3. -P. 153-169.
- Miehe C., Keck J. Superimposed finite elastic-viscoelastic-plastoelastic stress response with damage in filled rubbery polymers. Experiments, modelling and algorithmic implementation//J. Mech. Phys. Solids. -2000. -Vol. 48, no. 2. -P. 323-365.
- Kaliske M., Heinrich G. An extended tube-model for rubber elasticity: statistical-mechanical theory and finite element implementation//Rubber Chem. Technol. -1999. -Vol. 72, no. 4. -P. 602-632.
- Svistkov A.L., Pelevin A.G., Shadrin V.V., Stöckelhuber K.W. Modelling of the mechanical properties of rubber compounds using a two-level structural-phenomenological model//Constitutive Models for Rubber VIII/Ed. by N. Gil-Negrete, A. Alonso. -Taylor & Francis Group, 2013. -P. 101-106.
