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天然橡膠與合成橡膠呈現(xiàn)出很多獨(dú)特的物理和化學(xué)特性，如超彈性、大變形等，且柔軟性、耐磨性、絕緣性和阻隔性都十分優(yōu)良，在工程上的應(yīng)用非常廣泛，如減震彈簧、密封件、軸承、支座等。特別是自20世紀(jì)30年代初，橡膠與金屬件的粘結(jié)技術(shù)在國(guó)際上取得成功后，橡膠件作為減振元件在工程上獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。但是橡膠材料的幾何和材料雙重非線性使得橡膠產(chǎn)品的常規(guī)設(shè)計(jì)非常困難，近些年隨著有限元分析技術(shù)的發(fā)展，人們可以利用大型有限元分析軟件來對(duì)橡膠產(chǎn)品進(jìn)行非線性有限元分析，大大縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)精度。
為了保證橡膠制品使用時(shí)的安全性和可靠性，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，研究橡膠材料的斷裂特性以及了解橡膠失效的過程與機(jī)理具有很重要的意義。工程中橡膠制品通常承受壓縮和簡(jiǎn)單剪切變形，本研究通過有限元軟件模擬簡(jiǎn)單剪切情況下橡膠材料的撕裂能與裂紋尺寸的關(guān)系，并用所分析的結(jié)果解釋了工程卡車用橡膠墊的剪切破壞機(jī)理應(yīng)變能釋放率(撕裂能)是橡膠材料斷裂力學(xué)中最有用的一個(gè)斷裂判據(jù)。該方法基于Griffith裂紋增長(zhǎng)能量理論，這個(gè)概念首先被Rivlin和Thomas成功地用于橡膠的撕裂。
Rivlin和Thomas對(duì)橡膠材料的應(yīng)變能釋放率G的經(jīng)典定義為：G=-(UA)l式中，U為材料貯存的總體彈性應(yīng)變能，A為裂紋一側(cè)的面積(在未變形時(shí))，所取導(dǎo)數(shù)是在固定位移邊界條件下，因此外力不作功。Rivlin和Thomas最早使用純剪切試件研究橡膠的斷裂屬性，他們采用分區(qū)域的分析方法得到并證實(shí)了一個(gè)理論，即在純剪切試件中，當(dāng)裂紋尺寸足夠大時(shí)撕裂能與裂紋尺寸無(wú)關(guān)。Lind-ley也對(duì)簡(jiǎn)單剪切試件采用了同樣的分區(qū)域法，如圖所示，一個(gè)矩形剪切塊，高h(yuǎn)，寬w，厚度為t，當(dāng)承受簡(jiǎn)單剪切的應(yīng)變e時(shí)，整個(gè)矩形塊可以分為3個(gè)區(qū)域，區(qū)域2為均勻簡(jiǎn)單剪切，區(qū)域1為靠近邊緣的復(fù)雜應(yīng)力區(qū)。當(dāng)在試件粘結(jié)處引入裂紋，而裂紋長(zhǎng)度足可以與膠塊的高度相比時(shí)，此時(shí)把試件可以分為4個(gè)區(qū)域，比沒引入裂紋前多了一個(gè)未變形區(qū)域4以及帶裂紋尖端的復(fù)雜區(qū)域3，同純剪切試件的分析一樣，可以認(rèn)為裂紋擴(kuò)展一個(gè)微小量δc僅僅是使區(qū)域3沿裂紋擴(kuò)展方向移動(dòng)了，未變形區(qū)域4的增加是以縮小均勻簡(jiǎn)單剪切區(qū)域2為代價(jià)，上式表明，簡(jiǎn)單剪切中長(zhǎng)裂紋的情況與純剪切中的長(zhǎng)裂紋情況相同，撕裂能都是定值，與裂紋長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。
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