弹性体的应力软化和恢复

我们为弹性体在有限应变下的力学响应建立了一个本构模型。聚合物被视为由永久（化学交联）和临时（缠结和范德华力）连接点连接的线性链网络。假设临时连接点处于两种状态：松散（被动）状态，它们仅对链的可用构型施加拓扑约束；紧密（主动）状态，其效果等同于交联。拉伸试样意味着一些松散连接点变得活跃，这减少了链的平均长度。长链被视为一系列不可伸长的链段。两个相邻链段由可能处于两种构象的键桥接：弯曲（反式）和伸展（顺式）。弯曲构象的键被建模为线性弹性固体，而伸展构象（沿直线定向的两个刚性杆）的键的机械能被忽略。对于原始试样，所有键都处于弯曲构象。在加载下，一些键从弯曲构象转变为伸展构象。使用热力学定律推导了橡胶聚合物的应力-应变关系和反式-顺式转变的动力学方程。控制方程由5个可调参数决定，这些参数通过拟合具有不同交联量的天然橡胶硫化物的单轴拉伸试验数据获得。数值模拟结果与伸长率高达$k=8$的观察结果显示出良好的一致性。我们分析了循环加载、热退火和溶胀恢复对材料常数的影响。