Моделирование вязкоупругих свойств и эффекта размягчения эластомерного материала

Д.В. Комар, Л.А. Комар (Пермь)

Из экспериментов, проведенных с наполненными резинами, известно, что после первого цикла последующие кривые растяжения - сжатия идут существенно ниже. Наблюдаемое явление размягчения обычно связывают со структурными изменениями, происходящими на границе “каучук - активный наполнитель”. Но в литературе известны экспериментальные данные, когда эффект размягчения наблюдается в ненаполненных эластомерах и носит релаксационный характер [1]. В этом случае включаются механизмы структурной перестройки в каучуковой матрице.

Для моделирования явления размягчения предлагается математическая модель, использующая представление о перестройке структуры эластомерной сетки. Для описания свободной энергии полимерных цепей используется модель цепи, состоящей из конечного числа свободно - сочлененных звеньев. В работе рассматривается полимерная сетка, в которой увеличивается средняя длина полимерных цепей, ориентированных вдоль оси нагружения материала, и уменьшается длина цепей, ориентированных в перпендикулярном направлении [2].

На первом этапе модель применялась для моделирования численного эксперимента, имитирующего одноосное нагружение эластомерного материала с постоянной скоростью движения захватов как в условиях нагружения, так и в режиме разгрузки. Расчеты показали такую же качественную зависимость напряжений от деформаций, какая наблюдается при реальных испытаниях образца. Следующим шагом использования модели было описание тиксотропных свойств. Известно, что после отдыха или термостатировании наблюдается повышение жесткости образцов, связанное с обратимыми изменениями структуры материала. Введение в модель тиксотропных параметров позволило описать реальное поведение эластомерных материалов.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант РФФИ-Урал № 02-01-96404).

 

1. J. A. C. Harwood, L. Mullins, A. R. Payne. Stress softening in natural rubber vulcanizates // J. Appl. Pol. Sci. – 1965. – V 9. – pp. 3011-3021.

2. Свистков А. Л., Комар Л. А., Комар Д. В. Моделирование поведения эластомеров с ориентационной перестройкой структуры полимерной сетки под действием нагрузки // М., НИИШП, XIII Симпозиум “Проблемы шин и резинокордных материалов" – 2002. – Т. 2. – с. 88-92.