EPE缓冲材料蠕变性能数值模拟与实验研究

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EPE在仓储、运输和装卸各个环节中会经历静压、振动和冲击的作用,尤其是长期静压产生的蠕变变形对承载能力有明显的的影响,使EPE的缓冲性能降低,研究其蠕变力学性能具有重要意义。本文通过常规蠕变试验、加速蠕变试验、仿真模拟对EPE的压缩蠕变行为进行深入的研究:根据蠕变模型对EPE的长期压缩蠕变行为进行分析,采用蠕变加速原理对EPE进行加速表征,利用有限元软件ABAQUS对EPE进行压缩蠕变仿真模拟。(1)通过对静态压缩实验得到的应力-应变曲线线性部分进行拟合,得到EPE的弹性模量用于有限元材料属性的定义。通过进行动态冲击实验,测得不同跌落高度(460 mm-970 mm)、不同重锤质量(0.434 kg-9.93 kg)下的最大加速度-静应力曲线,采用对勾函数进行拟合得到曲线最低点,最终选择3.3 k Pa、4.3 k Pa、5.3 k Pa作为蠕变试验的应力变量。(2)针对三个应力(3.3 k Pa、4.3 k Pa、5.3 k Pa)和五个温度(20℃、30℃、40℃、50℃、60℃)进行了EPE的长期压缩蠕变试验,采用力学元件组成的Burgers模型对试验数据进行拟合,相关系数R~2均在0.9以上,说明Burgers模型可较准确的模拟不同温度和不同应力下EPE不稳定蠕变阶段和稳定蠕变阶段的压缩蠕变行为。深入探讨了温度和应力对蠕变总量、弹性应变、粘弹性应变、粘性应变的影响,结果表明:应力越大和温度越高,蠕变行为越明显,但蠕变机理并不相同。(3)本文通过进行EPE的短期压缩蠕变试验,采用在水平坐标系上移位形成主曲线的方法,分别用三组基于时间-温度等效原理和时间-应力等效原理的蠕变主曲线与实际蠕变曲线(3.3 k Pa、4.3 k Pa、5.3 k Pa和20℃、30℃、40℃)进行对比。结果表明:在时间范围0~10~6s内,基于时间-温度等效原理的蠕变主曲线与实际试验的平均误差在10%以内,在10~6s后误差逐渐变大;在时间范围0~10~6s内,基于时间-应力等效原理的蠕变主曲线与实际试验的平均误差在10%以内,蠕变加速原理在一定范围内可准确预测长期蠕变行为。(4)基于Burgers本构模型,利用有限元软件ABAQUS进行压缩蠕变试验的仿真模拟,并将仿真曲线与试验和加速表征曲线进行对比,结果表明:仿真与实验的最大误差为5%,此仿真模型可以准确模拟压缩蠕变试验;在10~6s内,三者结果基本一致,在10~6s后,加速表征曲线逐渐偏离仿真和实验曲线,可能是由于实验量较少或未考虑老化因素导致的。
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