بررسی کارایی برخی مدل‌های مواد چندجزئی با ابرگران‌روکشسانی و نرم‌شدگی تنش در آمیزه‌های لاستیکی sbr-دوده با دو شیوه بارگذاری

فرضیه‌: معمولاً برای تعیین پارامترهای مدل‌های مکانیکی در آمیزه‌های لاستیکی از برازش داده‌های تجربی به‌دست‌آمده از آزمون‌های ساده (مانند کشش تک‌محوری) استفاده می‌شود. با توجه به پیچیدگی رفتار مکانیکی این مواد که از معادله‌های چندجزئی ابرگران‌روکشسان همراه با معادله نرم‌شدگی تنش تشکیل‌ شده‌اند، ضروری است تا کارآمدی این معادله‌ها در پیش‌بینی درست و کامل نتایج برای قطعاتی که با شیوه‌های گوناگون زیر بار کشش، فشار و برش قرار می‌گیرند، بررسی و راستی‌آزمایی شوند. روش‌ها: سه آمیزه لاستیکی بر پایه کائوچوی sbr‌ با مقادیر مختلف دوده ساخته شده و روی آن‌ها آزمون کشش تک‌محوری چرخه‌ای با دو سرعت بارگذاری- باربرداری و تراکم‌پذیری حجمی انجام شد. داده‌های به‌دست‌آمده برازش‌شده روی سه مدل مکانیکی که در آن‌ها رفتارهای ابرکشسان، گران‌رو و نرم‌شدگی تنش لحاظ شده بود، قرارگرفته و پارامترهای هر مدل به‌دست آمدند. انتخاب این مدل‌ها بر اساس پژوهش‌های پیشین انجام شد. به دنبال آن ابتدا تک‌ محوری‌بودن آزمون کشش استفاده‌شده راستی‌آزمایی شد و سپس این پارامترها برای شبیه‌سازی قطعه استوانه‌ای ساخته‌شده از آمیزه‌های مزبور به‌کمک روش جزء محدود زیر بار فشاری- تماسی قرارگرفتند. نتایج حاصل از شبیه‌سازی با داده‌های تجربی به‌دست‌آمده از آزمون انجام‌شده روی این نمونه‌ها، مقایسه شدند. یافته‌ها: نتایج نشان داد، اثربخشی یک مدل در پیش‌بینی رفتار تنش- کرنش یا تنش- زمان در یک حالت یا شیوه بارگذاری تضمینی برای رسیدن به همان دقت در سایر شیوه‌های بارگذاری نیست. طبق نتیجه این مطالعه، برای پیش‌بینی دقیق‌تر باید از معادله‌ پیچیده غیرخطی استفاده کرد. در این مدل‌ها باید افزون بر درنظرگرفتن رفتارهای ابرگران‌روکشسان و نرم‌شدگی تنش، از مدلی که رفتار شبکه پرکننده- پرکننده را نیز درنظر بگیرد، به‌ویژه برای آمیزه‌های دارای مقادیر زیاد دوده استفاده شود. به‌طور مشخص در این کار نشان داده شد، بیشترین دقت به مدلی مربوط است که در آن رفتار گران‌رو کشسان پرکننده- پرکننده به‌صورت جداگانه از رفتار گران‌روکشسان آمیزه پلیمر درنظر گرفته‌ شده باشد.

study on the effectiveness of some multicomponent material models with hyper-viscoelasticity and stress softening for sbr/carbon black compounds under two loading modes

hypothesis: determination of the parameters of the material models for rubber compounds is usually carried out under simple modes such as uniaxial tension. these models are typically consisted of hyper-viscoelastic and stress-softening equations. however, due to the complicated behaviors of rubbery materials, the effectiveness and accuracy of such models under combined loads of tension, compression, and shear should be verified.methods: three rubber compounds were prepared based on sbr reinforced by three different amounts of carbon blacks and underwent uniaxial cyclic under two loading/unloading rates and volumetric tests. the experimental data were used for the determination of parameters of three complex material models using a nonlinear curve fitting method. these models were selected based on the results of our previous findings. we have verified the uniaxial condition of the chosen test method and sample size using finite element method. the computed parameters were employed to simulate cylindrical rubber samples prepared from the same compounds through the finite element method using abaqus code under compressive-contact loads. the predicted results were next compared with their experimentally measured data.findings: the results showed that the effectiveness of a material model in the prediction of stress-strain or stress-time behavior of a rubber compound under a simple load case does not necessarily guarantee that the same level of accuracy is obtained for the other loading modes, especially for highly filled compounds.  it is shown here that to obtain accurate results in such cases, in addition to hyper-viscoelastic and stress softening equations, the material model should include proper terms to consider the effect of the filler-filler interactions into account, especially for highly carbon black-loaded compounds. it is found that the best model is the one in which the viscoelastic behavior of the filler-filler structure is independently included.