Implementação e análise de três modelos hiperelásticos micromecânicos

Abstract

O correto modelamento do comportamento de materiais hiperelásticos é essencial para que a análise de elastômeros possa ser realizada de forma numérica. A escolha de um modelo constitutivo em particular para caracterizar um dado material não é um processo simples. O software HyperFit facilita esse processo, possibilitando o ajuste de curvas de 42 modelos hiperelásticos simultaneamente para um determinado ensaio dedo experimental. Entretanto, dos 42 modelos disponíveis no software, apenas 7 modelos são considerados modelos micromecânicos, sendo os demais fenomenológicos. Os modelos micromecânicos são modelos estatísticos desenvolvidos a partir de informações sobre as ligações químicas do material. Este trabalho tem como objetivo a implementação numérica e avaliação de 3 modelos hiperelásticos micromecânicos particularizados para elastômeros incompressíveis: o modelo de Bechir-Chevalier, o modelo de Heinrich-Kaliske (Tubo) e o modelo de Xiang-Zhong (SpT). Como resultado, este trabalho apresenta a implementação numérica dos modelos no software HyperFit a partir das relações constitutivas particularizadas e analisa as predições resultantes dos modelos para os ajustes para grandes deformações dos dados experimentais de uma borracha natural e de um silicone.

The correct modeling of the mechanical behavior of hyperelastic materials is essential for the analysis of elastomers to be performed numerically. The choice of a particular constitutive model to characterize a material is not a simple process. The HyperFit software makes this process easier by providing the possibility of fitting curves of 42 hyperelastic models simultaneously for a experimental data. However, only 7 of the 42 models available in the software are considered micromechanical models, the others are phenomenological. Micromechanical models are statistical models developed from information about the chemical bonds in the material. This work has as objective the numerical implementation and evaluation of 3 micromechanical hyperelastic models particularized for incompressible elastomers: the Bechir-Chavelier model, the Heinrich-Kaliske (Tube) model and the Xiang-Zhong (SpT) model. This work presents the numerical implementation of the models in HyperFit software from the particularized constitutive relations and analyzes the resulting predictions of the models for the fits to large deformations of experimental data of a natural rubber and a silicone.