Hành vi đàn hồi và viscoelastic của composite elastomer - Luận án tiến sĩ
Luận án tiến sĩ nghiên cứu hành vi đàn hồi và viscoelastic của composite elastomer. Áp dụng cơ học liên tục, thí nghiệm và mô phỏng FEM để dự báo đáp ứng vật liệu.
Technical University of Liberec
Mechanical Engineering
Luan An
Doctoral Dissertation
Năm xuất bản
Số trang
132
Thời gian đọc
20 phút
Lượt xem
1
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
40 Point
Mục lục chi tiết
Tóm tắt nội dung
I. Composite Elastomer Tính Chất Cơ Học Cơ Bản
Composite elastomer là vật liệu composite đặc biệt với ma trận polymer dạng cao su. Vật liệu này kết hợp tính đàn hồi cao của elastomer với độ bền cơ học từ pha gia cường. Ứng dụng phổ biến bao gồm lốp xe, gối đỡ chống rung và các chi tiết kỹ thuật yêu cầu khả năng chịu biến dạng lớn. Tính chất cơ học của composite elastomer phụ thuộc vào cả ma trận cao su và sợi gia cường. Mô đun đàn hồi tăng đáng kể khi thêm sợi vào ma trận. Ứng suất biến dạng thể hiện quan hệ phi tuyến đặc trưng. Độ giãn dài có thể đạt hàng trăm phần trăm trước khi đứt. Hệ số Poisson gần 0.5 cho thấy tính không nén được. Độ cứng vật liệu phụ thuộc hướng sợi gia cường. Nghiên cứu hành vi đàn hồi và viscoelastic giúp dự đoán tuổi thọ vật liệu. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) hỗ trợ mô phỏng chính xác.
1.1. Cấu Trúc Ma Trận Polymer Elastomer
Ma trận polymer tạo nền cho composite elastomer. Cao su thiên nhiên hoặc tổng hợp thường được sử dụng. Chuỗi polymer dài tạo mạng lưới liên kết ngang. Quá trình lưu hóa tạo liên kết hóa học bền vững. Mật độ liên kết ngang ảnh hưởng trực tiếp đến độ cứng vật liệu. Ma trận cho phép biến dạng lớn mà không bị phá hủy. Tính đàn hồi cao giúp vật liệu phục hồi sau biến dạng.
1.2. Vai Trò Của Pha Gia Cường Sợi
Pha gia cường thường là sợi thép, sợi thủy tinh hoặc sợi aramid. Sợi tăng mô đun đàn hồi và độ bền kéo. Hướng sợi quyết định tính dị hướng của vật liệu composite. Phân bố sợi đồng đều đảm bảo tính chất ổn định. Lực liên kết giữa sợi và ma trận rất quan trọng. Tỷ lệ thể tích sợi ảnh hưởng đến độ cứng tổng thể.
1.3. Đặc Điểm Ứng Suất Biến Dạng Phi Tuyến
Quan hệ ứng suất biến dạng không tuân theo định luật Hooke. Đường cong có dạng chữ S đặc trưng cho elastomer. Vùng biến dạng nhỏ có mô đun đàn hồi thấp. Vùng biến dạng lớn mô đun tăng nhanh do sợi căng thẳng. Hiện tượng này gọi là làm cứng biến dạng. Mô hình siêu đàn hồi mô tả chính xác hành vi này.
II. Hành Vi Đàn Hồi Mô Hình Năng Lượng Tự Do
Hành vi đàn hồi của composite elastomer được mô tả qua hàm năng lượng tự do Helmholtz. Phương pháp này thuộc khung cơ học liên tục phi tuyến. Năng lượng biến dạng phân tách thành phần đẳng hướng và dị hướng. Phần đẳng hướng đại diện cho ma trận polymer cao su. Phần dị hướng mô tả đóng góp của sợi gia cường. Mô đun đàn hồi được xác định từ đạo hàm hàm năng lượng. Các bất biến biến dạng là biến số đầu vào cơ bản. Mô hình Neo-Hookean phù hợp cho ma trận đẳng hướng. Mô hình có ràng buộc mô tả tính không nén được. Thí nghiệm kéo đơn trục xác định tham số vật liệu. Thí nghiệm cắt thuần túy cung cấp dữ liệu bổ sung. Thí nghiệm kéo hai trục kiểm tra tính chính xác mô hình.
2.1. Phân Tách Năng Lượng Biến Dạng
Năng lượng tự do Helmholtz chia thành hai thành phần chính. Thành phần thể tích liên quan đến thay đổi thể tích. Thành phần lệch liên quan đến thay đổi hình dạng. Đối với vật liệu composite, thêm thành phần dị hướng. Phân tách này đơn giản hóa việc xác định tham số. Mỗi phần có ý nghĩa vật lý rõ ràng.
2.2. Bất Biến Biến Dạng Và Ứng Dụng
Bất biến biến dạng I1, I2, I3 mô tả trạng thái biến dạng. I1 liên quan đến độ giãn dài trung bình. I2 phản ánh biến dạng cắt. I3 đại diện cho thay đổi thể tích. Đối với vật liệu không nén được, I3 bằng 1. Bất biến giả I4, I5 mô tả ảnh hưởng hướng sợi. Các bất biến này là cơ sở cho mô hình cấu trúc.
2.3. Xác Định Tham Số Từ Thí Nghiệm
Thí nghiệm kéo đơn trục đơn giản nhất để thực hiện. Đo lực và độ giãn dài theo thời gian. Thí nghiệm cắt thuần túy loại bỏ ảnh hưởng biến dạng pháp tuyến. Thí nghiệm kéo hai trục cung cấp dữ liệu đầy đủ nhất. Phương pháp tối ưu hóa tìm tham số phù hợp nhất. Sai số giữa mô hình và thực nghiệm cần tối thiểu.
III. Hành Vi Viscoelastic Creep Và Relaxation
Hành vi viscoelastic kết hợp tính đàn hồi và nhớt của vật liệu. Composite elastomer thể hiện rõ hiện tượng phụ thuộc thời gian. Creep là hiện tượng biến dạng tăng dần dưới tải trọng không đổi. Relaxation ứng suất là hiện tượng ứng suất giảm dần khi giữ biến dạng cố định. Cả hai hiện tượng đều do chuyển động phân tử polymer. Biến nội được sử dụng để mô tả trạng thái nhớt. Phương trình tiến hóa chi phối sự thay đổi biến nội. Hàm năng lượng tự do mở rộng bao gồm biến nội. Thời gian hồi phục đặc trưng cho tốc độ quá trình viscoelastic. Thí nghiệm relaxation ứng suất xác định tham số viscoelastic. Vận tốc tải trọng ảnh hưởng đến đáp ứng ứng suất. Mô hình viscoelastic dự đoán chính xác hành vi phụ thuộc thời gian.
3.1. Hiện Tượng Creep Trong Composite
Creep xảy ra khi tải trọng không đổi tác dụng lâu dài. Biến dạng tăng dần theo thời gian dù ứng suất không đổi. Giai đoạn đầu creep nhanh sau đó chậm dần. Ma trận polymer chịu trách nhiệm chính cho creep. Nhiệt độ cao làm tăng tốc độ creep. Dự đoán creep quan trọng cho thiết kế kết cấu lâu dài.
3.2. Relaxation Ứng Suất Và Ứng Dụng
Relaxation xảy ra khi giữ biến dạng cố định. Ứng suất giảm dần do sắp xếp lại chuỗi polymer. Thí nghiệm relaxation đơn giản để thực hiện. Mẫu kéo đến biến dạng định trước rồi giữ cố định. Đo ứng suất giảm theo thời gian. Dữ liệu relaxation xác định mô đun hồi phục.
3.3. Ảnh Hưởng Vận Tốc Tải Trọng
Vận tốc tải trọng ảnh hưởng đáng kể đến đáp ứng ứng suất. Tải trọng nhanh cho ứng suất cao hơn. Tải trọng chậm cho phép relaxation xảy ra đồng thời. Hiệu ứng này quan trọng trong ứng dụng động. Mô hình viscoelastic phải tính đến vận tốc biến dạng. Thí nghiệm với nhiều vận tốc khác nhau cần thiết.
IV. Mô Hình Viscoelastic Biến Nội Và Tiến Hóa
Mô hình viscoelastic dựa trên khái niệm biến nội. Biến nội đại diện cho trạng thái vi cấu trúc vật liệu. Phương trình tiến hóa mô tả sự thay đổi biến nội theo thời gian. Hàm năng lượng tự do mở rộng bao gồm đóng góp viscoelastic. Năng lượng phân tách thành phần đàn hồi và nhớt. Phần nhớt phụ thuộc vào biến nội và lịch sử biến dạng. Hàm tiêu tán mô tả tổn thất năng lượng do nhớt. Nguyên lý bất đẳng thức Clausius-Duhem đảm bảo tính nhiệt động. Tham số viscoelastic bao gồm mô đun và thời gian hồi phục. Số lượng phần tử Maxwell song song quyết định độ chính xác. Mô hình một phần tử đơn giản nhưng kém chính xác. Mô hình nhiều phần tử phức tạp nhưng mô tả tốt hơn.
4.1. Khái Niệm Biến Nội Trong Viscoelasticity
Biến nội là biến số không quan sát trực tiếp được. Chúng mô tả cấu trúc bên trong vật liệu. Trong polymer, biến nội liên quan đến cấu hình chuỗi phân tử. Số lượng biến nội tùy thuộc độ phức tạp mô hình. Mỗi biến nội có phương trình tiến hóa riêng. Biến nội tương đương với biến dạng nhớt.
4.2. Phương Trình Tiến Hóa Phi Tuyến
Phương trình tiến hóa là phương trình vi phân bậc nhất. Dạng phi tuyến phù hợp với biến dạng lớn. Thời gian hồi phục xuất hiện trong phương trình. Giá trị nhỏ của thời gian hồi phục cho đáp ứng nhanh. Giá trị lớn cho đáp ứng chậm. Tích phân số phương trình cho giải pháp theo thời gian.
4.3. Xác Định Tham Số Viscoelastic
Tham số viscoelastic gồm mô đun đàn hồi và thời gian hồi phục. Thí nghiệm relaxation ứng suất cung cấp dữ liệu chính. Đường cong relaxation fit với mô hình lý thuyết. Phương pháp bình phương cực tiểu tìm tham số tối ưu. Nhiều bộ tham số có thể cho kết quả tương tự. Kiểm tra với thí nghiệm khác đảm bảo tính duy nhất.
V. Mô Phỏng FEM Ứng Dụng COMSOL Multiphysics
Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) là công cụ mạnh mẽ cho mô phỏng. Phần mềm COMSOL Multiphysics hỗ trợ phân tích phi tuyến. Mô hình vật liệu tùy chỉnh được lập trình và tích hợp. Lưới phần tử chia nhỏ vật thể thành các phần tử đơn giản. Phần tử lục diện hoặc tứ diện phù hợp cho bài toán 3D. Mật độ lưới ảnh hưởng đến độ chính xác và thời gian tính. Điều kiện biên mô tả ràng buộc và tải trọng. Thuật toán Newton-Raphson giải hệ phương trình phi tuyến. Kết quả bao gồm trường ứng suất và biến dạng. So sánh với thực nghiệm xác nhận mô hình. Mô phỏng dự đoán hành vi trong điều kiện phức tạp. Ứng dụng thực tế như gối hơi với áp suất bên trong được phân tích.
5.1. Thiết Lập Mô Hình Vật Liệu Trong COMSOL
COMSOL cho phép định nghĩa vật liệu tùy chỉnh. Hàm năng lượng tự do được nhập dưới dạng biểu thức toán học. Đạo hàm tự động tính ứng suất từ năng lượng. Tham số vật liệu nhập từ thí nghiệm. Mô hình viscoelastic cần thêm biến nội. Phương trình tiến hóa được định nghĩa trong module ODE.
5.2. Kỹ Thuật Chia Lưới Và Hội Tụ
Lưới phần tử cần đủ mịn để bắt gradient ứng suất. Vùng có ứng suất cao cần lưới mịn hơn. Phần tử bậc hai cho độ chính xác cao hơn. Kiểm tra hội tụ bằng cách làm mịn lưới dần. Kết quả ổn định khi lưới đủ mịn. Cân bằng giữa độ chính xác và thời gian tính toán.
5.3. Xác Nhận Mô Hình Qua Thực Nghiệm
Kết quả mô phỏng so sánh trực tiếp với dữ liệu thí nghiệm. Đường cong lực-biến dạng phải trùng khớp tốt. Sai số dưới 10% được chấp nhận trong kỹ thuật. Nếu sai số lớn, cần điều chỉnh tham số hoặc mô hình. Xác nhận với nhiều loại tải trọng tăng độ tin cậy. Mô hình đã xác nhận dùng cho dự đoán.
VI. Ứng Dụng Đặc Biệt Elastomer Magneto Sensitive
Elastomer magneto-sensitive (MS) là vật liệu thông minh mới. Hạt sắt từ phân tán trong ma trận polymer elastomer. Từ trường ngoài thay đổi tính chất cơ học vật liệu. Độ cứng vật liệu tăng khi có từ trường. Hiệu ứng này do tương tác giữa các hạt từ. Mô hình cấu trúc mở rộng cho bài toán từ-cơ ghép. Năng lượng tự do bao gồm cả đóng góp từ trường. Phương trình Maxwell mô tả trường từ. Phương trình cân bằng cơ học mô tả biến dạng. Hai trường ghép qua ứng suất Maxwell. Mô phỏng số minh họa hành vi phi tuyến đặc trưng. Ứng dụng bao gồm giảm chấn thích nghi và cơ cấu chấp hành mềm.
6.1. Cấu Trúc Và Cơ Chế Hoạt Động
Elastomer MS chứa 20-40% thể tích hạt sắt từ. Hạt có kích thước micro hoặc nano mét. Phân bố ngẫu nhiên hoặc định hướng trong ma trận. Từ trường làm hạt sắp xếp thành chuỗi. Lực hút giữa hạt làm tăng độ cứng vật liệu. Hiệu ứng mạnh hơn với hạt định hướng trước.
6.2. Mô Hình Toán Học Bài Toán Ghép
Bài toán ghép từ-cơ cần giải đồng thời hai trường. Năng lượng tự do phụ thuộc biến dạng và từ trường. Ứng suất Cauchy bao gồm thành phần cơ và từ. Phương trình Maxwell tính phân bố từ trường. Điều kiện biên từ học cần xác định cẩn thận. Giải lặp hoặc đồng thời tùy thuộc phần mềm.
6.3. Ứng Dụng Thực Tế Và Triển Vọng
Hệ giảm chấn thích nghi điều chỉnh độ cứng theo điều kiện. Robot mềm sử dụng MS elastomer làm cơ bắp nhân tạo. Cảm biến lực từ tính dựa trên thay đổi từ trở. Van điều khiển từ không cần năng lượng giữ trạng thái. Nghiên cứu đang phát triển vật liệu đáp ứng nhanh hơn. Tương lai hướng đến thiết bị y sinh và hàng không vũ trụ.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (132 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộTECHNICAL UNIVERSITY OF LIBEREC FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING Doctoral Dissertation 2010 Ing. Hoang Sy TUAN TECHNICAL UNIVERSITY OF LIBEREC FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING Ing. Hoang Sy Tuan ELASTIC AND VISCOELASTIC BEHAVIOUR OF COMPOSITES WITH ELASTOMERIC MATRIX ELASTICKÉ A VISKOELASTICKÉ CHOVÁNÍ KOMPOZITŮ S ELASTOMERICKOU MATRICÍ Doctoral Dissertation submitted to Department of Engineering Mechanics, in partial fulfillment of the requirements for the degree of doctor of Philosophy in Mechanical Engineering Supervisor: doc. Bohdana Marvalová, CSc.
Liberec – 2010 Acknowledgments The work presented in this dissertation has been possible thanks to several individuals whose contributions I would like to acknowledge. I first wish to express my deep gratitude and many thanks to my supervisor and her family, Associate Professor Bohdana Marvalová for all her guidance, support, advice and encouragement throughout my study in more than three years. The support which I have received from her is immeasurable. For this, I will never forget her.
I would like to thank Dr. Plešek, Prof. Holeček, Dr. Šimůnková and Prof.
Holý for their useful lectures. Specially, I am very grateful to Dr. Petríková for the financial support to perform experiments during my work. I wish to acknowledge the important role of my family in my life, especially my parents.
They always encourage and remind me to work hard to achieve my goals. They also teach me to realize the value of education and knowledge. I also thank all my friends who have shared difficulties in real life. Their warm friendship is the reason I do not feel lonely.
Finally, I would like to thank all the members of Department of Engineering Mechanics for their kindness, friendliness and essential support during my work. I wish to thank Faculty of Mechanical Engineering of Technical University of Liberec and the Czech government for their provided fellowship. This work was supported by the subvention from Ministry of Education of the Czech Republic through the Contract Code MSM 4674788501. v Prohlášení Byl jsem seznámen s tím, že na mou doktorskou práci se plně vztahuje zákon č.
121/2000 o právu autorském, zejména §60 (školní dílo) a §35 (o nevýdělečném užití díla k vnitřní potřebě školy). Beru na vědomí, že Technická univerzita v Librci má právo na uzavření licenční smlouvy o užití mé práce a prohlašuji, že souhlasím s případným využitím mé práce (prodej, zapůjčení apod. Jsem si vědom toho, že užít své doktorské práce či poskytnout licenci k jejímu využití mohu jen se souhlasem Technické univerzity v Liberci, která má právo ode mne požadovat přiměřený příspěvek na úhradu nákladů, vynaložených univerzitou na vytvoření díla (až do jejich skutečné výše). vlastnoruční podpis Místopřísežné prohlášení Místopřísežně prohlašuji, že jsem doktorskou práci vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury, pod vedením školitelkou.
vi ABSTRACT The viscous behavior of the fiber-reinforced composite materials with rubber-like matrix is modeled in the continuum mechanics framework by the Helmholtz free energy function and the evolution equations of the internal variables. The decomposition of the free energy function and the chosen viscoelastic model are bases for formulation and description of the viscous characteristics of these anisotropic materials. Numerical simulations to predict the response of these materials in finite strains are performed. The dissertation focused on experimental evaluating the purely elastic and viscoelastic material parameters of proposed models via some standard experiments on relaxation, such as simple tension, pure shear and biaxial tensile tests.
Both the isotropic and anisotropic materials were tested. Several numerical examples were implemented in FEM software COMSOL Multiphysics and compared with the experimental results. The applications of the model were enlarged to predict other viscoelastic phenomena i. creep and influence of loading velocities on stresses.
The influence of the directions of reinforcing fibers was also examined. The viscoelastic model was applied to a practical example that is an air-spring with two fiber reinforcements undergoing an internal pressure. An extension of nonlinear theory for rubber-like anisotropic composites was applied to magneto-sensitive (MS) elastomers under an external magnetic field. The constitutive equations of both magnetic and mechanical fields were presented.
Some numerical computations of a coupling of magnetic and mechanical problems were illustrated in order to describe a nonlinear characteristic of MS elastomer. Key words: Composites, rubber-like matrix, fiber-reinforced, viscoelasticity, magneto-sensitive elastomers, experimental, FEM. vii ABSTRAKT Viskózní chování kompozitních materiálů s pryžovou matricí vyztuženou kordy je modelováno v rámci mechaniky kontinua pomocí Helmholtzovy funkce volné energie a vývojových rovnic pro vnitřní proměnné. Rozklad funkce volné energie a zvolený viskoelastický model jsou základem pro formulaci a popis viskózní vlastnosti těchto anizotropních materiálů.
Jsou uvedeny numerické simulace pro přepověď odezvy těchto materiálů na konečné deformace. Disertační práce se zaměřuje na experimentální určení elastických a viskoelastických materiálových parametrů navrhovaných modelů pomocí některých standardních testů jako je tahová zkouška, čistý smyk a dvouosé tahové zkoušky kvazistatické i relaxační. Byly testovány izotropní a anizotropní (kompozitní) materiály. Několik numerických případů je implementováno do MKP prostředí COMSOL Multiphysics a srovnáno s experimentálními výsledky.
Aplikace modelu byly rozšířeny o numerickou předpověď dalších viskoelastických jevů jako je tečení a vliv rychlosti zatížení na napětí. Vliv směru vlákenné výztuže byl rovněž zkoumán. Viskoelastický model byl aplikován na numerickou simulaci vnitřním přetlakem zatížené vzduchové válcové pružiny, jejíž pryžový plášť je vyztužen dvěma skupinami kordů. Nelineární materiálový anizotropní model byl rozšířen na případ magneto-sensitivních elastomerů mechanicky zatížených ve vnějším magnetickém poli.
Numerické simulace odezvy tělesa s magneto-mechanickou vazbou jsou uvedeny s cílem popsat nelineární vlastnosti magneto-sensitivních elastomerů. Klíčová slova: Kompozity, pryžová matrice, kordová výztuž, viscoelasticita, magneto-sensitivní elastomery, experiment, MKP. viii Table of Contents List of figures xiii List of tables xvii Notation and symbols xviii Chapter 1. Introduction 1 Outline of the dissertation ………………………………………………….
Overview of literature 5 Chapter 3. Free energy functions and constitutive relations for equilibrium and viscoelastic response of rubber-like composite 11 3. Free energy functions ………………………………………………………. Volumetric free energy function ……………………………………….
Isotropic (isochoric) free energy functions ……………………………. Anisotropic (isochoric) free energy functions ………………………… 13 3. Equilibrium stress responses in plane-stress deformations …………………. Isotropic rubber-like materials ……………………………………….
Composites reinforced by two families of fibers ……………………. Non-equilibrium stress responses …………………………………………… 16 3. Solution of evolution equations for overstresses ……………………. Solution of evolution equations for inelastic strains ………………….
Experiments and material parameter identification 19 4. Experimental equipments and specimens …………………………………… 19 4. Universal testing machine TIRAtest 2810 ……………………………. Biaxial testing equipment …………………………………………….
System Q-400 digital cameras Dantec Dynamics ……………………. Experiments and identification methods ……………………………………. Isotropic composite materials …………………………………………. Pure shear test ………………………………………………………… 27 4.
Biaxial tensile test ……………………………………………………. Fiber-reinforced composite materials ………………………………………. Numerical simulations of viscoelastic composites 35 5. FEM implementation in COMSOL Multiphysics ………………………….
Isotropic (hyperelastic) rubber-like materials ………………………………. Equilibrium stress-strain responses …………………………………… 36 5. Viscoelastic behavior of isotropic materials …………………………. Effect of loading velocities …………………………………….
One-step and multi-step relaxations …………………………. Prediction of creep process …………………………………… 42 5. Fiber-reinforced composites ………………………………………………… 43 5. Equilibrium response of fiber-reinforced composite in pure shear …….
Elastic response of a rectangular fiber-reinforced composite plate with a hole …………………………………………………………………. Viscoelastic response of fiber-reinforced composite …………………. Viscoelastic behavior of an air-spring ………………………………. Equilibrium responses of an air-spring tube ………………………….
Viscous responses of an air-spring tube ………………………………. Viscous responses of internal stress-like and strain-like variables …………. Magneto-sensitive elastomer materials 55 6. The free energy function in terms of invariants ……………………….
Numerical simulations of MS elastomers ………………………………. FEM solutions of MS isotropic materials ……………………………. A plane strain compression of isotropic material block ……… 61 6. A simple shear strain of isotropic material plate …………….
A pure shear deformation of isotropic material tube …………. FEM solutions of MS anisotropic materials …………………………. Compression of anisotropic material block …………………. Simple shear of anisotropic materials ………………………… 71 6.
Conclusions, discussions and future perspectives 75 Literatures 77 Publications 83 Appendix A. Overview of continuum mechanics A-1 A. Finite strain kinematics ……………………………………………………. Motions of continuum bodies ………………………………………….
Cauchy stress tensor and equilibrium equation ………………………. Alternative stress tensors ……………………………………………… A-8 A. Conjugate pairs of stress and strain tensors …………………………… A-9 A. Conservation of mass ………………………………………………….
Momentum balance principles ………………………………………. Balance of mechanical energy ………………………………………… A-11 A. Balance of energy in continuum thermodynamics ……………………. Anisotropic viscoelastic models A-13 B.
The decomposition of the free energy function ………………………. Constitutive equations of stress responses ……………………………. Transversely isotropic materials ……………………………… A-15 B. Two fiber-reinforced composite materials …………………….
Evolution equations with internal variables …………………………………. Internal stress-like variables …………………………………………… A-18 B. Internal strain-like variables …………………………………………… A-19 Appendix C. Implementation of user material models in Comsol Multiphysics A-23 C.
Definition of modules for viscoelastic problems ……………………………. Definition of constitutive equations ………………………………………… A-23 C. Redefine free energy functions ……………………………………………… A-24 C. Formulation of evolution equations ………………………………………… A-25 C.
Define a function in Comsol ………………………………………………… A-25 C. Integration of volume ………………………………………………………. Some m-function and script files in Matlab A-27 D. Some functions of analyzing data …………………………………………… A-27 D.
Main program of analyzing data ………………………………………. Estimation of purely elastic coefficients ……………………………………. The main program of evaluation of purely elastic parameters ………. Estimation of viscoelastic coefficients ……………………………………….
Main program of evaluation of viscoelastic material parameters ……. A-31 xii List of Figures Figure 1.1 Some applications of FREs …………………………………………….1 Universal testing machine TIRAtest 2810 ………………………….2 The main window application of TIRAtest software …………………… 19 Figure 4.3 Biaxial testing equipment ……………………………………………….5 Main window of Istra 4D software ……………………………………… 20 Figure 4.6 Shapes of specimens for simple tensile, pure shear and biaxial tests .7 Mullins effect in cyclic tests …………………………………………….8 Strain evaluation by the image correlation ……………………………… 22 Figure 4.9 A standard Maxwell element ……………………………………….10 Controlled displacement in the simple tensile test ……………………….11 Applied force in the simple tensile test …………………………….12 Estimation of elastic coefficients of the isotropic material by a simple tensile test with different models ……………………………………….13 Estimation of viscoelastic coefficients of the isotropic material by a simple tensile test with neo-Hookean and Ogden models ………….14 Controlled displacement in the pure shear test ………………….15 Applied force in the pure shear test …………………………………….16 Principal stretches in the pure shear test ……………………………….17 Estimation of elastic coefficients of the isotropic material by a pure shear test with different models …………………………………….18 Estimation of viscoelastic coefficients of the isotropic material by a pure shear test with neo-Hookean and Ogden models ………….19 Estimation of elastic coefficients of the isotropic material by a biaxial tensile test with different models ……………………………………….20 Estimation of elastic coefficients of the composite reinforced with different fiber orientations by a pure shear test ………………………….21 Estimation of viscoelastic coefficients of the composite reinforced with different fiber orientations by a pure shear test ………………………….1 Geometries and FE models in simple tension and pure shear deformations …………………………………………………………….2 First principal stress versus stretch of simple tension deformation …….3 First principal stress versus stretch of pure shear deformation …….4 Stress distribution of simple tension and pure shear ……………….5 Stress-strain response at different loading velocities …………………… 40 Figure 5.6 Deformation of isotropic materials in a simple tension at different extensions ……………………………………………………………….7 The second Piola-Kirchhoff stresses and overstresses versus time at different stretches ……………………………………………………….8 Stress and deformation of simple tension in relaxation ………………… 41 Figure 5.9 Displacement and Cauchy stress of simple tension in multistep relaxations ………………………………………………………….10 Controlled force and displacement of simple tension in a creep ……….11 Geometry and FE model of fiber-reinforced composite in pure shear deformation …………………………………………………………….12 Deformation and stress distribution of composite with different fiber angles ……………………………………………………………….13 Equilibrium Cauchy stress with different fiber directions in pure shear deformation …………………………………………………………….14 Deformation and stress distribution of a composite plate with a hole ….15 Cauchy stress versus the first principal stretch of a composite with a hole 46 Figure 5.16 Displacement and Piola-Kirchhoff stress of the anisotropic composite with fiber angles by 300 in relaxations ………………….17 The components of overstresses in the pure shear deformation ………… 47 Figure 5.18 A sketch scheme of geometry and FE model of an air-spring tube subjected an internal static pressure …………………………………….19 Deformation and stress in the tube inflated by an internal pressure 0,9MPa the angle of fibers =300, 350 and 400 …………………….20 “Inversion phenomenon” happens to a tube reinforced by fibers with =400 ……………………………………………………………….21 The internal pressure and the longitudinal stretch with different fiber angles ……………………………………………………………….22 External force acts on the tube in a creep ……………………………….23 Deformation and stress of the tube at different time instants in a creep .
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Hành vi đàn hồi và viscoelastic của composite elastomer" nghiên cứu về vấn đề gì?
Luận án tiến sĩ nghiên cứu hành vi đàn hồi và viscoelastic của composite elastomer. Áp dụng cơ học liên tục, thí nghiệm và mô phỏng FEM để dự báo đáp ứng vật liệu.
Luận án "Hành vi đàn hồi và viscoelastic của composite elastomer" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Technical University of Liberec. Năm bảo vệ: 2010.
Luận án "Hành vi đàn hồi và viscoelastic của composite elastomer" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Hành vi đàn hồi và viscoelastic của composite elastomer" thuộc chuyên ngành Mechanical Engineering. Danh mục: Công Nghệ Vật Liệu.
Luận án "Hành vi đàn hồi và viscoelastic của composite elastomer" có bao nhiêu trang?
Luận án "Hành vi đàn hồi và viscoelastic của composite elastomer" có 132 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Hành vi đàn hồi và viscoelastic của composite elastomer" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.