内压作用下橡胶圆管的有限变形分析与数值模拟

发布时间：2017-05-31 00:12

  本文关键词：内压作用下橡胶圆管的有限变形分析与数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：橡胶材料是一类具有特殊性质的超弹性高分子材料。因为其能承受大变形的特性使得它在很多领域是不可或缺的。橡胶材料在人们的日常生活及汽车、机电、石化、建筑、航空航天等领域都有广泛的应用。因此研究橡胶材料的有限变形问题既有理论意义也有其工程应用价值。本文采用有限变形基本理论,对高玉臣提出的本构模型进行修改,给出了一个新的超弹性本构模型。在不可压缩条件下,当n=1,?=1时,新的本构模型转化为Mooney模型;当n=1,?=0时,新本构模型即转化为Neo-Hookean模型。首先,基于修改后的本构模型对橡胶材料的单轴拉伸和双轴拉伸等基本有限变形问题进行了分析,分析讨论了本构参数n、?对其变形程度的影响,结果表明本构参数控制了材料的刚度,参数越大刚度则越大。其次,利用新的本构模型讨论了内压作用下橡胶圆管的有限变形问题。得出了内压与环形应变之间的关系,同时也讨论了本构参数n、?对此关系的影响;利用ABAQUS软件提供给用户自定义材料属性的FORTRAN程序接口,编写了针对于新本构模型的用户子程序,调用此子程序对橡胶圆管进行有限元模拟。得到了内压与环向应变之间的关系及环向应力与环向应变之间的关系,并将此有限元解与理论解相比较,验证了理论解的正确性。最后,采用新的本构模型,对不可压缩超弹性橡胶薄膜受内压膨胀的有限变形问题进行了分析,得出了内压与主伸长之间的关系,同样讨论了本构参数n、?对此关系的影响。结果显示本构参数影响了材料的刚度,与前面的结果是类似的。从而证明了新的本构模型对于不同问题的普适性。本文的研究结果可以为工程类橡胶管的生产与应用提供一定的理论参考依据。
【关键词】：有限变形分析 本构模型 橡胶圆管 橡胶薄膜 非线性有限元模拟
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ336
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 橡胶圆管有限变形分析的意义和背景9-10
• 1.1.1 橡胶材料的出现及发展9
• 1.1.2 有限变形分析的出现和发展9-10
• 1.2 课题的研究现状10-13
• 1.2.1 超弹性材料本构模型的发展10-11
• 1.2.2 橡胶圆管问题研究回顾11
• 1.2.3 薄膜充气管问题的研究回顾11-13
• 1.3 本文研究的主要内容13-15
• 第二章 有限变形的基本理论及描述橡胶类材料的本构方程15-25
• 2.1 有限变形的基本理论15-21
• 2.1.1 变形和运动15-19
• 2.1.2 平衡方程19-21
• 2.2 本构方程21-24
• 2.2.1 基于主不变量的本构方程21-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第三章 基本载荷作用下橡胶类材料力学性能研究25-35
• 3.1 新本构方程的提出25-27
• 3.1.1 经典本构模型25-26
• 3.1.2 新本构方程的建立26-27
• 3.2 新本构模型特性的讨论27-33
• 3.2.1 本构参数的限制条件27-28
• 3.2.2 对于小变形情形28
• 3.2.3 单轴拉伸28-31
• 3.2.4 双轴拉伸31-33
• 3.3 本章小结33-35
• 第四章 内压作用下橡胶圆管的有限变形分析与数值模拟35-49
• 4.1 橡胶圆管有限变形分析的基本理论35-41
• 4.1.1 问题的描述35-37
• 4.1.2 平衡方程及解决方法37-39
• 4.1.3 计算结果39-41
• 4.2 内压作用下橡胶圆管的数值模拟41-48
• 4.2.1 UHYPER子程序41-42
• 4.2.3 ABAQUS中模型的建立42
• 4.2.4 结果后处理42-43
• 4.2.5 参数n对橡胶圆管力学性能的影响43-46
• 4.2.6 参数? 对橡胶圆管力学性能的影响46-48
• 4.3 本章小结48-49
• 第五章 内压作用下橡胶薄膜的有限变形分析49-59
• 5.1 问题的描述49-50
• 5.2 问题的求解过程及结果50-57
• 5.2.1 环向平衡50-51
• 5.2.2 轴向平衡51-52
• 5.2.3 计算结果讨论52-57
• 5.3 本章小结57-59
• 第六章 结论与展望59-61
• 6.1 论文的研究成果59-60
• 6.2 未来研究的展望60-61
• 参考文献61-65
• 致谢65

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 П.Г.Пимщтейн;Е.Г.борсук;刘宝中;;在内压作用下绕板壳体应力状态的实验研究[J];化工设备设计;1983年04期

2 伊军;闻拓;闫兴清;喻健良;;内压作用下弯管环向穿透裂纹应力强度因子分析[J];机械设计与制造;2013年08期

3 陈孙艺;柳曾典;陈进;;内压作用下异径管的应力分析及验证[J];中国机械工程;2007年03期

4 李耀军;段成红;翟芳芳;钱才富;;偏锥的三维有限元分析和应力公式拟合[J];石油和化工设备;2006年02期

5 ;[J];;年期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 唐立强;范志强;;均布内压作用下不可压缩球膜的膨胀和分岔[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集（下）[C];2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 付双建;内压作用下橡胶圆管的有限变形分析与数值模拟[D];河北工业大学;2015年

2 乔霭潼;纤维缠绕增强复合管在内压作用下的力学行为研究[D];浙江大学;2014年

3 范志强;均布内压作用下球膜膨胀和分叉问题的研究[D];哈尔滨工程大学;2005年

  本文关键词：内压作用下橡胶圆管的有限变形分析与数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：408238