Abstract The research presented in this paper aims to provide an insight of tungsten (W) nano-particles reinforced polychloroprene rubber (CR) material (W-CR material) developed for nuclear decommissioning applications and fabricated in sheets by means of rolling process. Static and cyclic anisotropic mechanical properties have been investigated by means of laboratory experiments and finite element simulations, where a fourth-order anisotropic hyperelastic energy potential function has been defined and employed to describe the mechanical behavior of the W-CR material rolled sheet under different loading directions. From the results of the analysis, it has been identified that in contrast to the previous researches, the transversal direction and not the rolling one presents the highest load-carrying capability. As concerns the cyclic material properties, a fatigue life estimation model based on a modified e-N equation has been developed to define an orientation-dependent cycles-to-failure curve, comprehensive of the results of the three tested directions (0°, 45°, and 90°), showing a correlation factor equal to 92.9%. To verify the reliability of the developed energy potential function, implemented in the finite element model, and of the defined fatigue life estimation model, complex shape specimens have been cut along 0° (rolling), 45°, and 90° directions. The maximum deviation between experimental and numerical load-stroke curve integrals have been calculated in 2.34% whereas the fatigue life prediction in 17.2%, proving the reliability of the implemented numerical and modeling frame.

中文翻译：

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钨纳米粒子增强聚氯丁橡胶（CR）的静态和循环各向异性力学行为研究

摘要 本文提出的研究旨在深入了解为核退役应用开发并通过轧制工艺制成片材的钨 (W) 纳米颗粒增强聚氯丁橡胶 (CR) 材料（W-CR 材料）。通过实验室实验和有限元模拟研究了静态和循环各向异性力学性能，其中定义了四阶各向异性超弹性能势函数并用于描述 W-CR 材料轧制板在不同载荷下的力学行为方向。从分析结果可以看出，与之前的研究相比，横向而非滚动方向具有最高的承载能力。关于循环材料特性，已经开发了基于修改的 eN 方程的疲劳寿命估计模型来定义与方向相关的循环到失效曲线，综合了三个测试方向（0°、45°、和 90°），显示相关因子等于 92.9%。为了验证在有限元模型中实现的开发的能量势函数和定义的疲劳寿命估计模型的可靠性，沿 0°（滚动）、45° 和 90° 方向切割了复杂形状的试样。实验和数值负载行程曲线积分之间的最大偏差已计算为 2.34%，而疲劳寿命预测为 17.2%，证明了所实现的数值和建模框架的可靠性。已经开发了基于修改的 eN 方程的疲劳寿命估计模型，以定义依赖于方向的循环到失效曲线，综合了三个测试方向（0°、45°和 90°）的结果，显示了相关系数等于 92.9%。为了验证在有限元模型中实现的开发的能量势函数和定义的疲劳寿命估计模型的可靠性，沿 0°（滚动）、45° 和 90° 方向切割了复杂形状的试样。实验和数值负载行程曲线积分之间的最大偏差已计算为 2.34%，而疲劳寿命预测为 17.2%，证明了所实现的数值和建模框架的可靠性。已经开发了基于修改的 eN 方程的疲劳寿命估计模型，以定义依赖于方向的循环到失效曲线，综合了三个测试方向（0°、45°和 90°）的结果，显示了相关系数等于 92.9%。为了验证在有限元模型中实现的开发的能量势函数和定义的疲劳寿命估计模型的可靠性，沿 0°（滚动）、45° 和 90° 方向切割了复杂形状的试样。实验和数值负载行程曲线积分之间的最大偏差已计算为 2.34%，而疲劳寿命预测为 17.2%，证明了所实现的数值和建模框架的可靠性。综合三个测试方向（0°、45°和90°）的结果，显示相关系数等于92.9%。为了验证在有限元模型中实现的开发的能量势函数和定义的疲劳寿命估计模型的可靠性，沿 0°（滚动）、45° 和 90° 方向切割了复杂形状的试样。实验和数值负载行程曲线积分之间的最大偏差已计算为 2.34%，而疲劳寿命预测为 17.2%，证明了所实现的数值和建模框架的可靠性。综合三个测试方向（0°、45°和90°）的结果，显示相关系数等于92.9%。为了验证在有限元模型中实现的开发的能量势函数和定义的疲劳寿命估计模型的可靠性，沿 0°（滚动）、45° 和 90° 方向切割了复杂形状的试样。实验和数值负载行程曲线积分之间的最大偏差已计算为 2.34%，而疲劳寿命预测为 17.2%，证明了所实现的数值和建模框架的可靠性。复杂形状的试样已沿 0°（滚动）、45° 和 90° 方向切割。实验和数值负载行程曲线积分之间的最大偏差已计算为 2.34%，而疲劳寿命预测为 17.2%，证明了所实现的数值和建模框架的可靠性。复杂形状的试样已沿 0°（滚动）、45° 和 90° 方向切割。实验和数值负载行程曲线积分之间的最大偏差已计算为 2.34%，而疲劳寿命预测为 17.2%，证明了所实现的数值和建模框架的可靠性。