引言
查爾斯固特異在年發(fā)明了橡膠的
硫化方法, 于是, 從十九世紀中葉起橡膠就
成為一項重要的工程材料。橡膠具有良好的
伸縮性和復原性, 因此被廣泛地應用于載
重結構的座架、彈簧、密封件、減震的襯套、聯
軸器和輪胎。但是, 橡膠與金屬不同對金屬
的特性進行表征時只需要相對較少的參數
就行了, 而橡膠的特性卻是十分錯綜復雜
的。橡膠的材料特性和幾何特性,
都是呈非
線性變化的。橡膠對于溫度、周圍的介質、應
變隨時間的變化、荷載率和應變量等的作用
和影響十分敏感, 因此, 橡膠的機械特性也
就變得更加復雜了。橡膠的加工方法和配合
劑例如填充劑炭黑的類型和用量對性能也
有著顯著的影響。在橡膠作為工程材料的發(fā)
展史上, 橡膠應用的開發(fā), 大多是靠反復試
驗修正法, 通過不斷試驗、反復摸索才開發(fā)
出橡膠的各種應用的, 而并非依靠對橡膠本
反的理解。
為了力圖表征橡膠的機械特性, 現已開
發(fā)出許多理論模型, 本文將擇要予以綜述。
所有已開發(fā)模型包括最簡單的幾何形狀和
負載方式的封閉式結構的結果總是十分復
雜的。例如, 在弗里德和約翰遜合著的一篇
論文中’, 盡管幾何形狀極為簡單, 他們采用
一個短的軸對稱橡膠園柱體來描述橡膠受
壓縮行為的方程式也呈現出相當的復雜性。
幸運的是, 數字式電子計算機的出現和
迅速發(fā)展, 以及可以在電腦上處理彈性體材
料的有限元分析程序
,
都為我們提供了一種
強有力的手段以進一步深人地研究、了解和
優(yōu)化在工程技術上應用的橡膠配方。當然,
此類程序的功效是與輸人的材料數據的精
確度直接有關的。最為理想的是, 從一系列
各不相關的試驗中采集數據, 然而這樣做
卻要花費相當多的時間和精力。本文后面的
專題研究將進一步說明, 用模擬的多軸向數
據的預測值作為選擇龍, 可以提供穩(wěn)定而義
可靠的數據。
橡膠機械行為的理論上
的表征
為表征橡膠機械行為而作的一切嘗試,
可以歸納為兩大類一類是根據統計熱力學
而進行的嘗試, 另一類則是把材料作為一個
連續(xù)的統一體來對待的表象學方法。
統計熱力學方法’一今是基于以下的觀察
結果橡膠彈性力的升高幾乎完全是由二隨
著施加拉伸后嫡的下降, 這取決于未拉仲橡
膠的高無定形結構具有很高的嫡值這種力
法一般只能判別橡膠分子網絡的統計學長
度、排列方向和結構, 但對于更為緩和的應
變此方法似有不足。肖和揚提出, 這種統計
學理論只適用于大約的應變
于是, 大多數的研究工作便把注意力集.......