双向加载条件下尼龙6-橡胶复合材料的应力松弛研究.pdfVIP

维普资讯 2006 5犟年6月 ACTAME固CH体AN力ICA学SO学LI报DASINICA VJ0u1n．2e62N00o5．2 双 向加载条件下尼龙 6一橡胶复合材料的 应力松弛研究 范志会 张丰发 (‘北京交通大学工程力学所 ，北京 ，1o0o44) (上海交通大学建筑工程与力学学院工程力学系 ，上海 ，2o024o) 摘 要 在双向测试系统上进行 了不同纵向应变与不同横向应变的双 向松弛实验 ，研究了在双 向拉伸载荷作 用下单 向尼龙 6．橡胶复合材料的应力松弛特性 ．为 了预测尼龙 6．橡胶复合材料的应力松弛规律 ，提出了一个松弛 型本构模型．当试件承受双向拉伸载荷作用时，将松弛型本构模型获得 的理论 曲线和实验数据进行 了对 比，二者取 得了较好的一致性 ． 关键词 应力松弛，双向拉伸载荷，橡胶复合材料 ，本构模型 O 引言 向应变，最后将模型得到的理论结果和实验结果进 行 了对比来验证本构模型的适用性 ． 橡胶复合材料 由于其具有较大的变形范围、较 强的承载能力和 良好的疲劳性能已被广泛应用于许 1 实验结果与讨论 多行业 ．它在加载和卸载时会表现出很强 的粘弹特 性 ，如在室温条件下的蠕变和应力松弛特性 ，聚合物 在本项实验中使用的是十字型单层尼龙 6一橡胶 的这些特性 已被大量 的研究过 ¨“j．已有一些模 复合材料试件 H，实验在一个双 向测试系统上进 型_】 。。可以用来描述聚合物与时间相关的行为， 行 ，该系统包括双向加载装置和数据采集系统 ，图 1 但其中大多数模型都是根据单向实验提 出的，如 给出了试件夹持在双向加载装置上的照片 ． AkhtarKhan和 HaoyueZhang 、Bergstrom和 Boyce 提出的模型是根据单向压缩实验来描述聚合物与时 CCD系统 间相关行为的．还有其它的一些模型l】卜”是以双 向 实验为基础 ，但它们是针对大多数金属基复合材料 的小变形提出的．到 目前为止 ，由于对橡胶复合材料 双向或多向加载的复杂性和难 以保证其精度等困 图 1 试件夹持在双向加载装置上 的照片 难 ，对它的实验研究一般还局限于单向加载的情况 ． 尽管在实际工作中橡胶复合材料或结构经常承受双 数据采集系统由载荷传感器、动态应变放大仪、 向或多向载荷的作用 ，但通常都是根据单向实验的 CCD系统、信号同步器 、数据采集卡和计算机组成 ， 结果采用外推的方法近似得到它们的力学性能，然 工作框图如图2所示 ，通过该系统可以实现双 向变 而这样并不能真实反映它们的力学行为，因此研究 形与双向载荷的实时记录． 橡胶复合材料在双向载荷条件下的应力松弛特性是 由于试件的厚度远小于它的长度和宽度，因此 非常重要的． 假定试件承受双 向载荷时处于平面应力状态 ，试件 在本文中，首先在室温下进行 了大量的双向拉 实验区的应力状态如图3所示 ，脚标 1和 2分别表 伸条件下的应力松弛实验 ，然后根据应力的变化规 示纵向——纤维所在方 向和横 向——垂直于纤维方 律提出了一个用于尼龙 6一橡胶复合材料的松弛型本 向． ’ 构模型，该模型考虑了该复合材料的粘弹特性和双 2OO4-O2．12收到第 1稿，21X15-01．17收到修改稿