Different phenomenological, empirical, and micromechanical constitutive models have been proposed to describe the behavior of incompressible isotropic hyper-elastic materials. Among these models, very few have accounted for the thermal aging effect on the model constants and parameters. This article introduces a new empirical constitutive hyper-elastic model for thermally aged hyper-elastic materials. The model named “the weight function based (WFB) model” considers the effect of aging temperature and time on its parameters. The WFB model formulation can facilitate fatigue analysis and lifetime prediction of rubber-like materials under aging conditions. The WFB model in this article defines all rubber-like material properties, such as fracture stretch, strength, and stiffness, by predicting the full stress–strain curve at any aging time and temperature. The WFB model was tested on natural rubber for uniaxial and biaxial loading conditions. More than 100 specimens were aged and tested uniaxially under various temperatures and aging times to extract the stress–strain behavior. The temperatures used in the test ranged from 76.7°C to 115.5°C, and the aging time ranged from 0 to 600 hours (hrs). A classical bulge test experiment was generated to extract the biaxial natural rubber material behavior. An ABAQUS finite element analysis model was created to simulate and verify the generated biaxial stress–strain curve. The proposed model represents the aging effect on the tested natural rubber under uniaxial and biaxial loading conditions with an acceptable error margin of less than 10% compared to experimental data.

中文翻译：

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类橡胶材料的超弹性热老化本构模型

已经提出了不同的现象学、经验和微机械本构模型来描述不可压缩的各向同性超弹性材料的行为。在这些模型中，很少考虑热老化对模型常数和参数的影响。本文介绍了一种用于热老化超弹性材料的新经验本构超弹性模型。名为“基于权重函数（WFB）模型”的模型考虑了老化温度和时间对其参数的影响。WFB 模型公式可以促进类橡胶材料在老化条件下的疲劳分析和寿命预测。本文中的 WFB 模型定义了所有类似橡胶的材料属性，例如断裂拉伸、强度和刚度，通过预测任何老化时间和温度下的完整应力-应变曲线。WFB 模型在天然橡胶上进行了单轴和双轴加载条件的测试。超过 100 个试样在不同温度和老化时间下进行单轴老化和测试，以提取应力 - 应变行为。测试中使用的温度范围为 76.7°C 至 115.5°C，老化时间范围为 0 至 600 小时（hrs）。生成了一个经典的膨胀测试实验来提取双轴天然橡胶材料的行为。创建 ABAQUS 有限元分析模型来模拟和验证生成的双轴应力-应变曲线。所提出的模型代表了在单轴和双轴加载条件下对测试天然橡胶的老化影响，与实验数据相比，可接受的误差范围小于 10%。WFB 模型在天然橡胶上进行了单轴和双轴加载条件的测试。超过 100 个试样在不同温度和老化时间下进行单轴老化和测试，以提取应力 - 应变行为。测试中使用的温度范围为 76.7°C 至 115.5°C，老化时间范围为 0 至 600 小时（hrs）。生成了一个经典的膨胀测试实验来提取双轴天然橡胶材料的行为。创建 ABAQUS 有限元分析模型来模拟和验证生成的双轴应力-应变曲线。所提出的模型代表了在单轴和双轴加载条件下对测试天然橡胶的老化影响，与实验数据相比，可接受的误差范围小于 10%。WFB 模型在天然橡胶上进行了单轴和双轴加载条件的测试。超过 100 个试样在不同温度和老化时间下进行单轴老化和测试，以提取应力 - 应变行为。测试中使用的温度范围为 76.7°C 至 115.5°C，老化时间范围为 0 至 600 小时（hrs）。生成了一个经典的膨胀测试实验来提取双轴天然橡胶材料的行为。创建 ABAQUS 有限元分析模型来模拟和验证生成的双轴应力-应变曲线。所提出的模型代表了在单轴和双轴加载条件下对测试天然橡胶的老化影响，与实验数据相比，可接受的误差范围小于 10%。超过 100 个试样在不同温度和老化时间下进行单轴老化和测试，以提取应力 - 应变行为。测试中使用的温度范围为 76.7°C 至 115.5°C，老化时间范围为 0 至 600 小时（hrs）。生成了一个经典的膨胀测试实验来提取双轴天然橡胶材料的行为。创建 ABAQUS 有限元分析模型来模拟和验证生成的双轴应力-应变曲线。所提出的模型代表了在单轴和双轴加载条件下对测试天然橡胶的老化影响，与实验数据相比，可接受的误差范围小于 10%。超过 100 个试样在不同温度和老化时间下进行单轴老化和测试，以提取应力 - 应变行为。测试中使用的温度范围为 76.7°C 至 115.5°C，老化时间范围为 0 至 600 小时（hrs）。生成了一个经典的膨胀测试实验来提取双轴天然橡胶材料的行为。创建 ABAQUS 有限元分析模型来模拟和验证生成的双轴应力-应变曲线。所提出的模型代表了在单轴和双轴加载条件下对测试天然橡胶的老化影响，与实验数据相比，可接受的误差范围小于 10%。7°C至115.5°C，老化时间为0至600小时（hrs）。生成了一个经典的膨胀测试实验来提取双轴天然橡胶材料的行为。创建 ABAQUS 有限元分析模型来模拟和验证生成的双轴应力-应变曲线。所提出的模型代表了在单轴和双轴加载条件下对测试天然橡胶的老化影响，与实验数据相比，可接受的误差范围小于 10%。7°C至115.5°C，老化时间为0至600小时（hrs）。生成了一个经典的膨胀测试实验来提取双轴天然橡胶材料的行为。创建 ABAQUS 有限元分析模型来模拟和验证生成的双轴应力-应变曲线。所提出的模型代表了在单轴和双轴加载条件下对测试天然橡胶的老化影响，与实验数据相比，可接受的误差范围小于 10%。