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1. 研究目的与意义（文献综述）
橡胶作为三大高分子材料之一，因其独特的高弹性和良好的电绝缘性、化学稳定性和生物相容性等，在各行各业都有着广泛的应用；但纯橡胶过于柔软，承载能力和耐磨性相对较差，所以通常需要添加补强剂（其中最常用的是炭黑颗粒），与橡胶基体经物理化学作用形成复合材料体系，从而有效提升模量、强度、抗疲劳性等力学指标。当然，由于填入的炭黑颗粒在橡胶弹性体内往往呈不规则的非均匀分布，这也大大加剧了其力学行为的复杂程度[1]。
当前针对橡胶复合材料在各种环境条件下的单向拉伸力学性能已研究得比较多，这方面无论是实验或理论成果都较为丰富[2-5]。然而，由于橡胶制品在很多场合都会经历复杂变形和循环载荷，且基体-填料之间、填料-填料之间的相互作用也会随服役条件（如环境温度）变化[6]，进而影响其总体性能表现，因此仍有必要开展其它典型工况（如压缩、剪切、循环变形等）下的宏细观力学研究。近年来，rey等[7]选取不含炭黑的纯硅橡胶与含炭黑的填充硅橡胶，实施了不同温度下的单向拉伸试验、循环加卸载试验和应力松弛试验，对比了温度对这两种材料的超弹性应力、mullins效应和迟滞损耗的影响；黄丽红等[8]从单轴拉伸角度出发，沈诗鸣等[9]从单轴压缩角度出发，各自考察了温度对填充橡胶非弹性力学特征和松弛效应的影响。这些工作一定程度上揭示了橡胶复合材料与温度相关的宏细观力学与炭黑增强机理，为研究其大变形热-力耦合行为提供了试验数据和结论。
橡胶材料承受周期性循环载荷时，表现出的一个显著特征是应力软化效应[10]（即mullins效应），该效应的特点可以概括为：橡胶经历相同水平的循环变形时，后一个循环所需的应力总是低于前一次循环。mullins效应的存在，使得橡胶循环力学行为的研究成为了一个重点和难点，近年来有不少学者开展了相关工作。实验方面，付宾等[11-13]对不同炭黑填充含量的橡胶材料mullins效应做了大量的研究，分析了炭黑对橡胶mullins效应及能量损耗的影响，并总结了拉伸速率、恢复时间等对炭黑增强天然橡胶mullins效应的影响规律，另外他们还借助有限元分析软件abaqus、数据拟合工具matlab来模拟单轴拉伸过程，研究了yeoh 本构模型、ogden本构模型及伪弹性理论模型对炭黑填充天然橡胶的mullins效应仿真效果及规律。理论模型方面，chagnon等[14-15]提出了一种利用mullins效应建立应力诱导各向异性模型的新方法；ayoub等[16]提出了一种结合聚合物链物理及其在循环荷载作用下的变化的本构模型；付宾、杨晓翔等[13]采用应变放大因子来考虑炭黑含量的影响，并在修正三链模型的基础上，借鉴marckmann和tomita等提出的橡胶分子网络重构理论[17]，提出了一种适合表征橡胶mullins效应的本构模型，可以较好的反映炭黑填充橡胶材料小变形到中等变形范围的力学特性。guo等[18-19]则提出了一种新的热粘弹性分析预测方法，用于表征橡胶网络重排过程中的疲劳热-力响应，将确定的橡胶基体性能作为输入参数用于有限元模拟，并考察了相同热力边界条件下的变形过程，该模型能够较好的反映填料对疲劳诱导应力软化、迟滞损耗和内耗升温的影响。
2. 研究的基本内容与方案
基于橡胶高弹体的大变形和分子链重构理论，并借助复合材料细观力学方法，探索适合于描述温度影响下炭黑增强橡胶复合材料循环拉伸力学行为的理论表征手段，建立相应的细观本构模型。利用所建立的理论模型考察炭黑增强与温度变化对橡胶超弹性能的共同影响，对这类复合材料在循环加卸载变形过程中的力学响应作分析预测。
基于以上内容和目标，本文拟采取的具体方案和技术措施如下：
3. 研究计划与安排
第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，确立基本的研究思路，完成开题报告。
第4-8周：探索理论建模策略，完成相应的公式推导。
第9-11周：建立合适的细观力学理论模型，并以此为基础进行理论分析与预测。
4. 参考文献（12篇以上）
[1]张立群. 橡胶纳米复合材料: 基础与应用[m].北京: 化学工业出版社, 2018.
[2] badawy m. effect ofhaf-carbon black on the elastic behavior of butyl rubber vulcanizates[j].polymer testing, 2000, 19: 341-348.
[3] li xu, yi dong, xiayuanming, et al. experimental study on the temperature dependence ofhyperelastic behavior of tire rubbers under moderate finite deformation[j].rubber chemistry and technology, 2011, 84: 215-228.
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