Comparative study of stress relaxation phenomenological constitutive modeling of carbon black-reinforced natural rubber-based compounds

Abstract

espanolLas propiedades viscoelasticas del caucho son debidas a la combinacion de la respuesta como un solido elastico y un fluido viscoso. Este comportamiento produce propiedades mecanicas dependientes del tiempo; observando fenomenos como la relajacion de esfuerzos, fluencia, disipacion de energia, histeresis y tasa de deformacion. En este estudio, se evaluaron tres compuestos diferentes de caucho natural reforzado con negro de humo sometidos a relajacion de esfuerzos y se ajustaron varios modelos constitutivos fenomenologicos lineales para evaluar sus parametros viscoelasticos. Se observo que los parametros elasticos como viscosos aumentan en una relacion no lineal a medida que aumenta la deformacion y el contenido de negro de humo, y los parametros viscosos dependen de la configuracion del modelo. Los modelos Maxwell y Zener exhibieron valores de ajuste de 76.08 y 95.10% respectivamente, mientras que el modelo de Wiechert mostro los mejores valores de ajuste (superiores a 98.40%) y puede usarse adecuadamente para estimar el proceso de relajacion de aplicaciones de caucho natural reforzado con negro de humo EnglishViscoelastic properties of rubber materials are due to the combination of the dual response as an elastic solid and a viscous fluid. Thisbehavior yields in time-dependent mechanical properties; thus, phenomena such as stress relaxation, creep, energy dissipation, hysteresis,and strain rate are observed. In this study, three different carbon black-reinforced natural rubber compounds were experimentally evaluatedunder stress relaxation and several linear phenomenological constitutive models were fitted to evaluate their viscoelastic parameters. It wasobserved that both the elastic and viscous parameters increase in a non-linear relation as the strain and carbon black content increase, andthe viscous parameters were dependent on the configuration of the model. Maxwell and Zener models exhibited fitting values of 76.08 and 95.10%, respectively, while the Wiechert model showed the best fitting values (above 98.40%) and can be adequately used to estimate therelaxation process of carbon black-reinforced natural rubber applications