炭黑填充天然橡胶超弹性本构方程的适用性分析

王新宇，岳冬梅，杨海波，张立群

（北京化工大学 有机无机复合材料国家重点试验室，北京 100029）

在提高橡胶制品研发质量、缩短研发周期方面，有限元技术发挥着越来越重要的作用。国内外学者对于超弹性本构方程已有一些研究[1-4]，并开发出不同混合本构模型[5-7]或新构造本构模型[8]，然而在工程应用中其适用性和准确性还有待验证；同时轮胎和输送带等橡胶制品经常在复杂的受力环境中使用，因此研究本构方程对处于复杂受力状态下的橡胶制品的准确计算至关重要。需要指出的是，填料填充橡胶在连续循环载荷作用下，由于内部弱键链段的缠结或断裂，以及填料颗粒与橡胶基体之间发生弱键分离，导致橡胶产生应力软化[9-10]以及永久变形[11-13]。在以往的研究中，研究者们较少关注在永久变形条件下橡胶制品力学性能的仿真建模，故系统地研究不同本构方程对在有/无永久变形条件下橡胶制品力学性能计算精度的影响非常必要。

本工作以炭黑填充天然橡胶（NR）制成的短粗三点弯曲压缩试样（以下简称三点弯曲试样）作为研究对象，采用Abaqus有限元软件建立与试验过程相符的有限元模型，分析在有/无永久变形条件下试样作用力与位移的关系，并与试验数据进行对比，判断不同本构方程的计算精度，为工程应用橡胶材料选择合适的本构方程提供参考。

1 实验

1.1 试验配方

NR（RSS1） 100，氧化锌 3，硬脂酸 1，炭黑N234 40，促进剂CBS 1.5，硫黄 1。

1.2 试样制备

使用哈克密炼机将塑炼NR捏合均匀，然后依次加入氧化锌、硬脂酸和炭黑，混炼均匀后取出；……