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数值模拟中胞元构型对硅橡胶泡沫材料力学性能的影响研究

王沪毅  胡文军  尹益辉  
【摘要】:采用有限元数值方法,本研究模拟了准静态单轴压缩过程中硅橡胶泡沫材料的力学行为。基于硅橡胶泡沫材料的CT扫描图和扫描电子显微镜照片,研究中建立了具有均匀分布且泡孔尺寸一致的周期性泡孔物理模型。针对该物理模型采用多尺度方法进行模拟研究。根据硅橡胶泡沫材料的物理模型建立了四种不同的泡孔胞元几何构型。在准静态单轴压缩条件下获得了实体硅橡胶材料的力学性能,并据此建立其唯像本构方程。结合胞元结构和实体硅橡胶材料的唯像本构模型,模拟研究了细观泡孔胞元在准静态单轴压缩条件下的力学性能。数据表明,四种细观胞元结构在准静态单轴压缩条件下均显示出典型的超弹性力学特性。胞元的几何构型不同能够造成其力学响应的显著差异,其最大差异值超过300%。将细观模型的力学性能通过数据传递机制传输到均匀化后的宏观模型中,并对宏观模型进行单轴准静态压缩的有限元数值模拟。模拟数据显示,宏观模型同样具有超弹性力学特性。不同的细观胞元结构导致了宏观模型的力学响应存在明显差异,不同模型之间的应力值差超过300%。因此,本研究得出结论为得到理想的模拟结果,细观模型的验证是十分必要的。

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