(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210679604.8 (22)申请日 2022.06.15 (71)申请人 中国人民解 放军火箭军工程大 学 地址 710025 陕西省西安市灞桥区同心路2 号 (72)发明人 王哲君　强洪夫　 (74)专利代理 机构 西安亿诺专利代理有限公司 61220 专利代理师 李永刚 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G16C 60/00(2019.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 119/04(2020.01)G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种聚合物材料非线性蠕变型粘弹性本构 模型的构建方法 (57)摘要 一种聚合物材料非线性蠕变型粘弹性本构 模型的构建方法， 属于聚合物材料领域， 其特征 在于： 聚合物材料非线性蠕变型粘弹性本构模型 的建立过程考虑老化、 温度、 应力水平和损伤因 素； 聚合物材料非线性蠕变型粘弹性本构模型的 参数求解和模型验证过程考虑老化、 温度、 应力 水平和损伤因素。 能够有效反映老化、 环境温度 和应力水平对蠕变变形过程和损伤行为的影响， 进而可对经历不同贮存周期、 宽温使用环境和承 受不同定载载荷范围的塑料、 固体推进剂和炸药 等聚合物材料的蠕变变形力学响应进行描述和 预测， 具有较广的应用范围。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 115204003 A 2022.10.18 CN 115204003 A 1.一种聚合物材料非线性蠕变型粘弹性本构模型的构建方法， 其特征在于： 聚合物材 料非线性蠕变型粘弹性本构模型的建立过程考虑老化、 温度、 应力水平和损伤因素； 聚合物 材料非线性蠕变型粘弹性本构模型 的参数求解和模型验证过程考虑老化、 温度、 应力水平 和损伤因素。 2.根据权利要求1所述聚合物材料非线性蠕变型粘弹性本构模型的构建方法， 其特征 在于： 所述聚合物材 料非线性蠕变型粘弹性本构模型的建立过程包括： 考虑老化、 温度和应力水平的聚合物材 料蠕变型粘弹性本构模型的建立； 基于Boltzmann叠加原理， 不 考虑其它因素影响的积分蠕变型粘弹性本构模型为： 式中： 为不考虑其它因素影响的单轴拉伸加载下的蠕变应变； J0和ΔJ分别是初始瞬 时柔量以及与时间相关的瞬态蠕变 柔量； 是数值大小为蠕变应力水平的阶跃载荷； t为真 实的物理时间； 考虑老化、 温度和应力水平的聚合物材 料蠕变型粘弹性本构模型为： 式中： ta为老化时间； g(ta)为老化系数； ξ为与应力水平、 老化时间和环境温度相关的折 算加载时间； ασ、 和αT分别为应力移位因子、 老化时间移位因子和环境温度移位因子， 且 分别是应力水平σ 、 老化时间ta和环境温度T的函数； 考虑老化、 温度、 应力水平和损伤的聚合物材 料非线性蠕变型粘弹性本构模型的建立； 基于应变等效假设， 有效应力可表示 为 其次， 采用损伤力学理论分析材料的力学状态时， 可使用宏细观表征参量量化材料的 损伤状态或损伤演化D； 采用基于累积损伤 概念的宏观方法表征损伤演化D， 建立考虑老化、 温度、 应力水平和损伤的聚合物材 料非线性蠕变型粘弹性本构模型为： 式中： D为聚合物材料蠕变变形过程中的累积损伤； σ0为蠕变变形时的应力水平； β(ta, T)和N(ta,T)为受老化时间和温度影响的模型参数； 当假定发生蠕变变 形时的载荷满足定应力条件， 且满足t＝tf时， 式(6)中D＝1， 则式(6) 可进一步化简为： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115204003 A 2式中： tf为定应力加载 下聚合物材 料发生蠕变 变形的断裂时间； 将式(7)带入式(5)即为不同定应力加载下考虑老化、 温度、 应力水平和损伤的聚合物 材料非线性蠕变型粘弹性本构模型。 3.根据权利要求2所述聚合物材料非线性蠕变型粘弹性本构模型的构建方法， 其特征 在于： 所述聚合物材料非线性 蠕变型粘弹性本构模 型的参数求解包括： 对于定载蠕变变形， 由于 τ ＞0时载荷 不再变化； 因此， 式(2)中的积分项只在 τ ＝0处积分； 定载单轴拉伸蠕变时， 式(2)可进一 步表示为： 式中： Jn是与第n个延迟时间τn相对应的Pro ny级数的系数； N是Pro ny级数展开个数； 首先基于参考老化时间 参考应力水平ασ＝1和参考环境温度αT＝1下临界损伤应 变阈值之前的蠕变应变 ‑时间曲线数据， 通过全局优化算法， 计算得到式(8)中的模型参量 J0、 Jn和 τn的数值； 然后将得到的模型参量值带入式(8)中， 再基于老化 时间、 应力水平和加载温度下临界 损伤应变之前的典型蠕变应变 ‑时间曲线数据， 通过全局优化算法， 计算得到式(8)中的模 型参量ασ、 和 αT的数值， 并建立相应的数 学表达式ασ( σ )、 和 αT(T)； 基于不同老化时间后聚合物材料在不同环境温度、 定应力水平下的蠕变力学性能试 验， 获得相应条件下 材料发生断裂的蠕变时间tf； 基于确定的应力水平和蠕变断裂时间对应关系， 采用全局优化算法， 即可确定 式(6)和 式(7)中不同老化时间、 环境温度下的β(ta,T)和N(ta,T)数值， 进 而建立相应的数 学表达式； 最终， 通过拟合计算确定考虑 老化、 温度、 应力水平和损伤的聚合物材料非线性蠕变型 粘弹性本构模型的全部参数值。 4.根据权利要求3所述聚合物材料非线性蠕变型粘弹性本构模型的构建方法， 其特征 在于： 所述聚合物材料非线性蠕变型粘弹性本构模型 的验证过程包括： 将获得的模型参数 值分别带入式(5)和式(7)， 即可对 未参与模 型参数求解的剩余加载条件下聚合物材料的蠕 变变形力学响应和损伤行为进 行预测， 通过将预测结果与对应条件下的蠕变力学性能试验 数据进行比对， 验证所建考虑老化、 温度、 应力水平和损伤的聚合物材料非线性蠕变型粘弹 性本构模型的有效性， 及建立本构模型 方法的有效性。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115204003 A 3