3.4 超弹性材料

聚合物一般是由一堆长链分子组成的。大多数聚合物以碳为基础，所以被认为是有机化学品。聚合物一般可以分为塑料和橡胶。根据聚合物的交联程度由高到低可将其分为几类：热塑性聚合物，这种材料在室温下以玻璃态出现，加热后固体会变得黏稠，多次加热降温不产生材料损伤；弹性体，这种材料有极端的弹性延展，多次加热降温会产生材料损伤；热固性聚合物，这种材料无定型，多次加热降温会产生材料损伤，继续加热出现材料降解和碳化。热塑性聚合物和热固性聚合物是塑料，弹性体是橡胶。橡胶材料表现的弹性与金属表现的弹性有所不同。金属是晶格中的原子位置相对微小变动而表现出弹性，而橡胶材料的弹性是由于绷直长链过程而表现的。橡胶在工业上有广泛的应用。它具有接近理想弹性的力学特性，并且弹性的行为是可逆的，如图3-65 所示，比如拉伸、放松这样一个闭合的加载循环后橡胶材料不会像塑形材料一样留下永久的变形。而且橡胶材料有非常强的抵抗体积变形的能力，所以橡胶通常可以认为是不可压缩材料。另外，橡胶材料非常适合剪切，它的剪切模量一般是金属的5~10倍。剪切模量也与温度有关，受热变硬，这种特性与常见的金属是正好相反的。橡胶在仿真中的模型大致可以分为现象学和热力统计学两大类。现象学的典型模型有Ogden、Yeoh、Mooney-Rivlin等，在Radioss中42、62、69、82、88、94、95和100号LAW材料都是属于这一类的。而Arruda-Boyce则是基于热力学统计的模型，在Radioss中LAW92采用了Arruda-Boyce模型。

图3-65 超弹性材料加载和卸载 沿着相同的应力应变曲线