【摘 要】
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橡胶由于其独特的物理和化学性质,作为减震和密封等部件广泛应用于工业工程中。在元件设计制造中,力学性能是首要考虑的指标,建立真实可靠的本构关系来描述橡胶材料的力学特性变得尤为重要。分子链模型基于分子链微观结构和统计学原理,模型中的材料参数具有实际的物理意义,更接近材料本身的微观性质,而目前所开发的本构模型与橡胶力学性质还存在偏差,很大程度上是由于对分子链网络变形机制认识不足。本文基于橡胶微观结构建立
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橡胶由于其独特的物理和化学性质,作为减震和密封等部件广泛应用于工业工程中。在元件设计制造中,力学性能是首要考虑的指标,建立真实可靠的本构关系来描述橡胶材料的力学特性变得尤为重要。分子链模型基于分子链微观结构和统计学原理,模型中的材料参数具有实际的物理意义,更接近材料本身的微观性质,而目前所开发的本构模型与橡胶力学性质还存在偏差,很大程度上是由于对分子链网络变形机制认识不足。本文基于橡胶微观结构建立分子链网路有限元模型,探究分子链网络变形机制,寻找分子链网络与宏观变形之间联系。另一方面,主伸长率表示的本构方程无法用于有限元进行模拟计算,编写材料子程序工作量庞大,本文试图编写该类本构模型的材料子程序,供用户开发使用。主要研究工作如下:（1）基于有限元法推导主伸长率表示的超弹性本构模型数值实现方法,由第二类Piola-Kirchhoff应力给出应力张量和弹性张量的显式表达。结合Wei模型和Ogden模型编写UMAT子程序,给出此两类模型UMAT所需定义变量的主要推导过程,并将所开发的子程序用于ABAQUS模拟橡胶单轴、双轴和剪切变形,对比仿真结果与模型理论结果,验证子程序的正确性。并进一步将子程序用于多孔橡胶板的拉伸仿真,验证本构模型对复杂应变场的预测能力。（2）基于滑移管模型构建分子链网络有限元模型,研究分子链末端距与橡胶宏观变形之间的关系。采用控制变量的思想研究影响分子链的变形因素,包括:支链长短及方向对主链变形的影响;弹性绳索长短及其对分子链的约束强弱对分子链变形的影响;宏观下橡胶变形状态的不同（单轴或双轴）对分子链变形的影响。针对分子链网络中的典型特征结构,研究在其变形过程中的力传递规律。
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