颗粒增强橡胶材料动态力学性能SHPB测试方法的数值分析开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1. 颗粒增强橡胶动态力学性能的研究进展

橡胶工业经历了近一个世纪的发展，已经形成了一个完整的工业体系。天然橡胶和合成橡胶的生产工艺技术日趋完善，品种不断增加，其应用范围已渗透到科技、生产及生活的所有领域，成为人类社会不可缺少的重要材料。颗粒增强橡胶因其弹性大、可设计性强、可以人工合成、价格低廉等优良性能广泛应用于航空航天、土木建筑、交通运输及体育器材等领域。颗粒填充橡胶是一种细观非均质复合材料。

随着电子计算机的发展，数值模拟的优越性越来越显著，通过建立合理的细观力学模型分析复合材料的微观结构对宏观力学性能的影响已经成为复合材料设计的重要辅助手段，材料和力学工作者一直致力于研究直接用数值方法进行复合材料设计。姜剑等[1]通过建立短纤维增强橡胶基复合材料(sfrc)的细观代表体元，在细观力学基础上利用数值模拟法分析了大变形条件下短纤维增强复合材料的力学性能。李庆等[2]基于周期性边界条件建立具有随机分布形态的代表性体积单元,通过细观力学有限元方法对炭黑颗粒填充橡胶复合材料的宏观力学行为进行模拟仿真。重点分析圆形和方形炭黑填料粒子模型的变形场和应力场,以及炭黑填料的体积分数对复合材料有效弹性模量的影响规律。谢悦等[3]在ansys平台上利用monte—carlo随机投放法建立了随机颗粒增强橡胶复合材料的有限元模型,通过比较各方法的计算结果,为准确预测随机颗粒增强橡胶复合材料的有效力学性能提供可靠方法。g. markovi等[4]探讨了通过填料控制金属-弹性体连接处的粘合强度以及使用橡胶混合物生产先进的高性能粘合剂体系的方法。王凯强等[5]利用基于宏观力学性能测试的einstein-guth-smallwood方程描述了准静态测试中颗粒增强的软复合材料的弹性模量与颗粒含量之间的关系。谢尊虎[6]等分析了提高硅橡胶各项性能的主要途径和方法，指出了提高硅橡胶相关性能的发展方向。黄乾钰[7]利用laplace变换与逆变换从基体的黏弹性出发推导了复合材料单向板黏弹性模型，并获得了一种只需测出基体的弹性模量及蠕变常数、复合材料单向板的弹性模量及基体含量,即可预测聚合物基复合材料单向板的黏弹性行为的新方法。

2.shpb方法测试橡胶类软材料性能的不足和改进方法

shpb技术自1949年发明至今已有70多年，已成为测量材料动态力学性能的主要手段之一。shpb实验的有效性必须建立在一维假定和应力均匀假定的基础上。所谓一维假定是指不考虑杆中波传播的几何弥散效应，通常选用细长杆来满足该要求。而应力均匀假定是指试样内部各处的应力和应变都是一样的，通常指的是沿轴向的应力和应变均匀分布，可以不考虑试样内部的轴向惯性效应。鉴于霍普金森杆实验时用的试样很小，应力均匀假定还是十分有效的。然而，由于软材料的低模量和低强度特点，使得传统的shpb测量方法不能获得有效可用的实验结果。

2. 研究的基本内容与方案

1）基本内容：

（1）了解橡胶材料的shpb测试方法；

（2）建立橡胶基颗粒增强复合材料动态性能分析的shpb计算模型；

3. 研究计划与安排

1.第1-3周查阅相关资料，了解橡胶基颗粒增强复合材料的力学特征，学习shpb的计算模拟方法，完成外文翻译和开题报告；

2.第4-6周采用ansys/ls-dyna建立三维shpb计算模型；

3.第7-8分析不同尺寸试样的受力和变形特征，确定合理的试样尺寸；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 姜剑,顾伯勤,张斌,宇晓明,陈立立.大变形条件下短纤维增强橡胶基复合材料的力学行为[j].南京工业大学学报(自然科学版),2016,38(04):101-104 136.

[2] 李庆,杨晓翔.周期性边界条件下炭黑增强橡胶基复合材料有效弹性性能数值模拟[j].福州大学学报(自然科学版),2013,41(01):97-103.

[3] 谢悦,宿晓如,冯春冬,罗冬梅.颗粒增强橡胶复合材料有效力学性能预测分析[j].兵器装备工程学报,2017,38(07):142-147.