بررسي عددي و تجربي رفتار مدل‌هاي ابر كشسان آميزه‌هاي لاستيكي زيربارهاي كششي و فشاري

An Experimental and Numerical Verification of Different Hyperelastic Material Models for Rubbers under Tension and Compression Loads

در اين كارپژوهشي عملكرد و كارايي پنج مدل مكانيكي ابركشسان شامل مدل‌هاي چندجمله‌اي مرتبه دوم ، يه‌او ((Yeoh ، آرودا-بويس (Arruda-Boyce) ، اگدن(Ogden) سه ترم و مارلو (Marlow) و در پيش بيني رفتار يك آميزه لاستيكي با فرمول بندي عمومي زير بار‌هاي كششي و فشاري مورد سنجش عددي قرار گرفت. بدين منظور، ابتدا آزمون‌هاي كششي و فشاري تك محوري روي آميزه ‌لاستيكي مورد نظر انجام و پارامتر‌هاي مدل‌هاي ياد شده به كمك برازش غيرخطي معين شدند. به دنبال آن دو مدل اجزاي محدود سه بعدي و دو بعدي متقارن محوري به ترتيب براي شبيه سازي دو آزمون كششي و فشاري ايجاد و همراه با مدل‌هاي يادشده تحليل غيرخطي شدند. در اين مرحله با محاسبه مقدار خطاي ناشي از نوع اجزاي انتخابي و نحوه شبكه سازي همراه با استفاده از روش انطباقي شبكه اجزاي محدود بهينه به دست آمد. با رسم نمودار‌هاي محاسباتي نيرو بر حسب تغيير مكان و مقايسه آنها با داده‌هاي تجربي كارايي اين مدل‌ها مورد مطالعه قرار گرفت. نتايج نشان داد كه اگرچه تمامي مدل‌ها در مرحله برازش از خود انطباق خوبي با داده‌هاي تجربي نشان مي‌دهند ولي در شرايط رفتار كششي و فشاري ميزان انطباق متفاوت است. نتيجه گيري نهايي بدين گونه حاصل شد كه مدل مكانيكي مارلو بهترين جواب را بدست مي‌دهد.

Some numerical and experimental investigations are made on the performance of five different hyperelastic constitutive models (second order polynomial, Yeoh, Arruda-Boyce, Ogden and Marlow) in tension and compression modes. First, the results of the tensile and compression tests on a rubber sample were used to determine the parameters of the models by curve fitting methods. Next, by using an algorithm based on adaptive meshing technique and minimizing the Mises Equivalent Stress, the best finite element mesh of the tensile and compression specimens were obtained. These finite element meshes were then employed for the simulation of the tests, and the predicted force-displacements curves were compared by the experimentally measured data. It is found that the Marlow model gives the best result provided that the stress-strain curve of the simple tension experiment is available.