朱凯辉 陈欢

摘  要：超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是高分子聚合物的一种，在使用过程中既有弹性的一面，也有非弹性的一面。以弹性为基础，从线性和非线性角度出发，通过单轴拉伸实验获得UHMWPE的力学性能曲线，对比实验曲线和本构模型拟合曲线，讨论了Ogden超弹性模型对UHMWPE力学性能拟合的适用性。结果表明Ogden超弹性本构模型可以很好地拟合实验结果，为以后采用有限元分析方法研究UHMWPE机械性能响应提供理论基础。

关键词：UHMWPE  单轴拉伸实验  力学性能  超弹性本构模型

中图分类号：TU13                              文獻标识码：A                    文章编号：1674-098X（2021）02（b）-0067-06

Applicability of Superelastic Constitutive Models to UHMWPE

ZHU Kaihui*  CHEN Huan

（School of Mechanical Engineering， Yangtze University， Jingzhou， Hubei Province， 434023 China）

Abstract： Ultra high molecular weight polyethylene （UHMWPE） is a kind of high polymer， which has both elastic side and inelastic side in use.Based on the elasticity， the uniaxial tensile test was used to obtain the mechanical property curve of UHMWPE from the linear and nonlinear angles. By comparing the experimental curve and constitutive model fitting curve， the applicability of Ogden superelastic model to UHMWPE mechanical property fitting was discussed.The results show that the Ogden hyperelastic constitutive model can fit the experimental results well， which provides a theoretical basis for the future finite element analysis method to study the mechanical property response of UHMWPE.

Key Words： UHMWPE; Uniaxial tensile experiment; Mechanical properties; Hyperelastic constitutive model

超高分子量聚乙烯作为一种新开发的工程塑料，具有优异的机械性能，不吸水、尺寸稳定、耐磨损耐腐蚀，同时还具有无毒无害、无污染、能够回收利用的特点，是一种对于环境和人体友好的绿色材料，在食品、饮料、医疗卫生等行业具有广阔的应用前景[1]。随着UHMWPE材料应用得越来越广泛，其力学性能的表征则越发重要，采用商业有限元模拟的方法更加灵活，可以选取从简单到复杂的本构模型且可以对更加复杂的材料几何形状进行模拟，有限元以其低廉的计算成本成为验证材料模型和预测机械响应的实用工具[2]，任何有限元分析都需要适当的几何形状、加载条件和本构模型的输入，合适的本构模型能使有限元结果更加准确。

陆松[3]等采用超弹性的Arruda-Boyce模型与粘弹性力学模型相结合，模拟分析了超高分子量聚乙烯齿轮的应力分布、变形和承载能力……