柔性硅泡沫薄片的短时松弛行为研究.pdf

第27卷专辑 固体力学学报 V01．27S．Issue SINlCA ACTAMECHANICASOLIDA 2006 2006年12月 December 柔性硅泡沫薄片的短时松弛行为研究 史平安 尹益辉 王 军 符春渝 牛 伟 (中国工程物理研究院结构力学研究所．绵阳，621900) 擅耍 根据多孔硅泡沫材料的单轴压缩和应力松弛实验．利用最／Jr--乘法的LM法拟舍得到硅泡沫材料 的本构关系．基于上述模型开晨了组合结构中多孔泡沫薄片应力松弛行为的数值模拟，得到了短时松弛过程中硅 泡沫结构件的应力变化规律． 关■词 多孔硅泡沫薄片．体积可压缩性，非线性粘弹性，应力松弛 O 引言 为的本构关系．对于体积可压缩的硅泡沫材料，不同 多孔硅泡沫材料是新发展起来的一类新型材 的应用环境下其粘弹性力学行为的变化也不同．由 料，它具有压缩变形大、耐老化、应力松弛性能好、压 于粘弹性接触问题的复杂性，工程实际中一般都是 缩永久变形低、使用温度范围宽等优点而受到工业 直接根据材料应力松弛实验来确定包装结构的压紧 界及科技界的重视．开展外载作用下多孔硅泡沫材 力，很少开展硅泡沫薄片应力松弛行为的研究．为了 料的应力松弛和永久变形特性研究，既有助于硅泡 研究复杂应力状态下多孔硅泡沫材料的粘弹性力学 沫零部件及相应结构的合理设计，指导材料件的成 行为。本文根据多孔硅泡沫材料的单轴压缩和应力 型加工；而且作为其相应条件下的物性指标的基础 松弛实验，利用最Pb--乘法的LM法拟合得到硅泡 研究，对整个硅泡沫的发展及实际应用均具有较重 沫材料的粘弹性本构模型．基于上述模型开展了组 要的实用价值． 合结构中多孔泡沫薄片应力松弛行为的数值模拟， 由于硅泡沫薄片材料力学特性的研究相对较 得到了短时松弛过程中硅泡沫结构件的应力变化规 少，应力松弛的基本机理的认识也还不是很清楚的． 律．通过对材料和结构件的数值模拟结果与实验数 在多孔硅泡沫材料的工艺制备方法、材料性能的实 据的分析对比，发现：对于硅泡沫材料，数值模拟结 验研究方面曾经开展了大量的研究，通过对制备工 果与实验测试数据吻合较好，说明本文基于材料应 艺的改进，有效的解决了传统方法发泡时间长、可操 力松弛实验得到的本构模型，能够反映多孔硅泡沫 作性差、发泡剂浪费严重等缺点，使材料的泡孔更加 材料的力学响应特性；而结构件的数值模拟结果与 均匀，且具有较小的压缩永久变形(4％～6％)【1]．实验测试数据之间存在一些差异，这主要是由初始 Cady等[2]基于大量的材料实验开展了硅泡沫材料压紧力的差异引起的． 应力松弛机理研究，研究表明．硅泡沫材料压缩化学 1 多孔硅泡沫薄片的短时松弛实验 应力松弛的本质是Si—O主链键的离子断裂、重排， 1．1 材料实验 交联网络、补强网络和泡孔壁网络结构的局部断裂、 硅泡沫作为一种高分子橡胶材料，它是由硅橡 破坏以及分子层间结构的滑移、补强剂粒子与大分 胶、气相法白碳黑和硫化剂经特殊发泡工艺制成的． 子网络间的脱离及其界面胶层间的破坏所致．胡文 在发泡过程中，聚合物材料分布在泡孔之间，当泡孔 军等[3一‘]采用实验的方法研究了填料的用量及表面 长大时，材料被排开，最后集中到密排球的问隙处或 改性处理、硫化荆种类、成孔方式等对硅泡沫材料压 多面体的棱边处，固化后即可得硅