橡胶因其特有的超弹性、黏弹性、耐磨性和绝缘性等,被广泛应用于汽车轮胎工业、轨道交通和地下防护工程等重要民生和国防领域。长期以来,橡胶的超弹性、黏弹性等力学性能受到材料科学和力学研究者们的广泛关注和研究,但以往研究主要集中在单向应力状态,少有涉及双向应力状态或三向应力状态。然而,实际的橡胶构件往往处于复杂应力状态,因此,研究复杂应力状态下橡胶的力学性能具有十分重要的科学意义和现实价值。本文以硅橡胶为研究对象,通过试验研究和理论分析,探讨其双向拉伸下的蠕变性能、非线性黏弹性、时间-应力等效性和Mullins效应。主要研究内容和获得的主要结论如下:(1)十字形双轴拉伸试样的优化设计。针对橡胶材料十字形试样无制样标准的现状,通过ABAQUS有限元软件,对臂部加强的十字形试样进行双轴拉伸模拟,分析加强片材料类型和加强臂几何参数对试样中心区域应力、应变分布的影响,设计出中心区域变形均匀的试样,区内应力与试样双臂处的名义应力相等。(2)橡胶双轴拉伸蠕变性能及其时间-应力等效分析。采用硅橡胶十字形试样,设定不同的双臂应力比,开展不同应力水平下的双轴拉伸蠕变试验,得到相应的应变-时间曲线。基于柯西应力和左柯西-格林变形张量,定义一种应力度量和变形度量,用以表征双轴条件下材料的受载程度和变形程度。采用该应力度量和变形度量,分析硅橡胶的双轴拉伸蠕变行为。结果表明,不同应力水平下的短期蠕变曲线沿对数时间轴移位可构建出宽广时域的蠕变主曲线,移位因子与应力水平相关,说明双向应力状态下橡胶的蠕变行为满足时间-应力等效原理,这可为复杂应力状态下黏弹性材料长期力学性能的加速表征提供研究基础。(3)双向应力作用下硅橡胶的Mullins效应及其本构描述。对硅橡胶进行逐级增大拉伸比的单轴和等双轴循环拉伸试验,试验表明材料的Mullins效应显著。基于伪弹性理论,考虑循环变形过程中与最大变形相关的损伤演化,采用Ogden伪弹性本构模型分析Mullins效应。结果表明,Ogden伪弹性本构模型对单轴循环拉伸和等双轴循环拉伸过程的Mullins效应均能较好地给出定量描述。