Hyperelastic behavior of two rubber materials under quasistatic and dynamic compressive loadings — testing, modeling and application

• Autorzy: Mao Y. , Li Y. , Chen Y. , Miao Y. , Deng Q. , Niu W.

Identyfikatory

DOI

10.14314/polimery.2015.516

Warianty tytułu

PL

Właściwości hipersprężyste materiałów gumowych w warunkach kwazistatycznych i dynamicznych obciążeń ściskających — badania, modelowanie i zastosowanie

• Konferencja: Global Conference on Polymer and Composite Materials (27—29.05.2014 ; Ningbo, China)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The mechanical properties of two rubber materials, RB-55 rubber and FM-32 foam rubber, were tested under quasistatic and dynamic compressive loadings with a universal testing machine and a nonmetallic split Hopkinson pressure bar (SHPB), respectively. The results show that the hyperelasticity dominates the mechanical characteristics of the both materials. And the strain rate dependencies can be observed over the wide strain rate range from 10^-2 s^-1 to order 10³ s^-1. But in the rather narrow bands of 10^-2—10⁰ s^-1 and 2 • 10³ —6 • 10³ s^-1, the strain rate effects are not significant. In order to numerically simulate rod-explosive loading tests where the two rubber materials were used as a combined buffer, the strain rate-independent hyperelastic behaviors at the strain rate of order 10³ s^-1 were characterized by Ogden constitutive models, incompressible for RB-55 rubber and compressible for FM-32 foam rubber, respectively. The numerical prediction of the structural responses agrees very well with the experimental results. This means the testing and modeling are successful.

PL

Za pomocą uniwersalnej maszyny wytrzymałościowej oraz metodą pręta Hopkinsona (SHPB) zbadano właściwości mechaniczne gumy (RB-55) i gumy piankowej (FM-32) poddanych kwazistatycznym i dynamicznym obciążeniom ściskającym. Wyniki badań wskazały, że w materiałach tych dominują właściwości hipersprężyste. Krzywe zależności naprężenia od odkształcenia wyznaczono w szerokim zakresie szybkości odkształcania rzędu 10^-2 — 10³ s^-1. Stwierdzono, że szybkość odkształcania nie wywiera istotnego wpływu na krzywe naprężenie-odkształcenie tylko w dość wąskich zakresach wartości, tj. 10^-2 — 0 s^-1 oraz 2 • 10³ — 6 • 10³ s^-1. W celu numerycznego symulowania testów obciążeniowych metodą wybuchających prętów (z ang. rod-explosive loading tests), gdzie oba materiały gumowe pełniły rolę buforów, zastosowano model konstytutywny Ogdena, przeznaczony do analizy materiałów hipersprężystych. Wyniki symulacji numerycznych wykazały dobrą zgodność z wynikami doświadczalnymi.

Słowa kluczowe

EN

rubber; hyperelastic behavior; compressive loading; constitutive model

PL

guma; właściwości hipersprężyste; obciążenie ściskające; model konstytutywny

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 60, nr 7-8
• Strony: 516--522
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys. kolor.

Twórcy

autor

Mao Y.

• China Academy of Engineering Physics, Institute of Systems Engineering, Mianyang 621900, Sichuan, China

autor

Li Y.

• Northwestern Polytechnical University, School of Aeronautics, Xi’an 710072, Shaanxi, China

autor

Chen Y.

• China Academy of Engineering Physics, Institute of Systems Engineering, Mianyang 621900, Sichuan, China

autor

Miao Y.

• Northwestern Polytechnical University, School of Aeronautics, Xi’an 710072, Shaanxi, China

autor

Deng Q.

• Northwestern Polytechnical University, School of Aeronautics, Xi’an 710072, Shaanxi, China

autor

Niu W.

• China Academy of Engineering Physics, Institute of Systems Engineering, Mianyang 621900, Sichuan, China

Bibliografia

• [1] Hoo Fatt M.S.H., Ouyang X.: International Journal of Solids and Structures 2007, 44, 6491. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2007.02.038
• [2] Dvorak E., Kelly M., McEntyre S., Goswami T.: Materials & Design 2003, 24, 397. http://dx.doi.org/10.1016/S0261-3069(03)00053-0
• [3] Findik F., Yilmaz R., Köksal T.: Materials & Design 2004, 25, 269. http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2003.11.003
• [4] Ronan S., Alshuth T., Jerrams S., Murphy N.: Materials & Design 2007, 28, 1513. http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2006.03.009
• [5] Abu-Abdeen M.: Materials & Design 2010, 31, 2078. http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2009.10.006
• [6] Rao S., Shim V.P.W., Quah S.E.: Journal of Applied Polymer Science 1997, 66, 619. http://dx.doi.org/10.1002/(SICI)1097--4628(19971024)66:4%3C619::AID-APP2%3E3.0.CO;2-V
• [7] Yang L.M., Shim V.P.W., Lim C.T.: International Journal of Impact Engineering 2000, 24, 545. http://dx.doi.org/10.1016/S0734-743X(99)00044-5
• [8] ChenW., Lu F., Frew D.J., Forrestal M.J.: Journal of Applied Mechanics 2002, 69, 214. http://dx.doi.org/10.1115/1.1464871
• [9] Song B., ChenW.: Journal of Engineering Materials and Technology 2003, 125, 294. http://dx.doi.org/10.1115/1.1584492
• [10] Song B., ChenW.: Journal of Engineering Materials and Technology 2004, 126, 213. http://dx.doi.org/10.1115/1.1651097
• [11] Song B., ChenW.: Experimental Mechanics 2004, 44 (3), 300. http://dx.doi.org/10.1007/BF02427897
• [12] Shim V.P.W., Yang L.M., Lim C.T., Law P.M.: Journal of Applied Polymer Science 2004, 92, 523. http://dx.doi.org/10.1002/app.20029
• [13] Quintavalla S.J., Johnson S.H.: Rubber Chemistry and Technology 2005, 77 (5), 972. http://dx.doi.org/10.5254/1.3547863
• [14] Ali A., Hosseini M., Sahari B.B.: American Journal of Engineering and Applied Sciences 2010, 3 (1), 232. http://dx.doi.org/10.3844/ajeassp.2010.232.239
• [15] Blatz P.J., Ko W.L.: Transactions of The Society of Rheology 1962, 6, 223. http://dx.doi.org/10.1122/1.548937
• [16] Mooney M.A.: Journal of Applied Physics 1940, 6, 582. http://dx.doi.org/10.1063/1.1712836
• [17] Holzapfel G.A.: “Nonlinear Solid Mechanics, A ContinuumApproach for Engineering”,Wiley, New York 2001.
• [18] Ogden R.W.: Proceedings of the Royal Society A 1972, A326, 565. http://dx.doi.org/10.1098/rspa.1972.0026
• [19] Ogden R.W.: “Non-linear Elastic Deformations”, Ellis Horwood Limited, Chichesster 1984.
• [20] Rivera W.G., Benham R.A., Duggins B.D., Simmermacher T.W.: “Explosive Technique for Impulse Loading of Space Structures”, Sandia Technical Report, SAND-99-3175C, 1999.
• [21] Mao Y.J., Deng H.J., Li Y.L. et al.: Applied Mechanics and Materials 2010, 29—32, 72. http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.29-32.72
• [22] Gray III G.T., Blumenthal W.R., Trujilo C.P., Carpenter R.W.: Journal de Physique 1997, 7 (C3), 523. http://dx.doi.org/10.1051/jp4:1997390
• [23] Bergström J.S., Boyce M.C.: Journal of the Mechanics and Physics of Solids 1998, 46 (5), 931. http://dx.doi.org/10.1016/S0022-5096(97)00075-6
• [24] Lee O.S., Kim M.S., Kim K.J. et al.: International Journal of Modern Physics B 2003, 17 (8—9), 1415. http://dx.doi.org/10.1142/S0217979203019083
• [25] Shergold O.A., Fleck N.A., Radford D.: International Journal of Impact Engineering 2006, 32, 1384. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2004.11.010
• [26] Miller K., Chinzei K.: Journal of Biomechanics 2002, 35, 483. http://dx.doi.org/10.1016/S0021-9290(01)00234-2
• [27] Jerrams S.J., Kaya M., Soon K.F.: Materials & Design 1998, 19, 157. http://dx.doi.org/10.1016/S0261-3069(98)00021-1
• [28] Hallquist J.O.: “LS-DYNA Theoretical Manual”, Livermore Software Technology Corporation, California 1988.
• [29] Mao Y.J., Li Y.L., Chen Y. et al.: Chinese Journal of High Pressure Physics 2012, 26 (2), 155 (in Chinese). http://dx.doi.org/10.11858/gywlxb.2012.02.006
• [30] Mao Y.J., Li Y.L., Chen Y. et al.: Chinese Journal of High Pressure Physics 2013, 27 (1), 76 (in Chinese). http://dx.doi.org/10.11858/gywlxb.2013.01.011
• [31] Mao Y.J., Li Y.L., Huang H.J.: Advanced Materials Research 2010, 108—111, 1039. http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.108-111.1039