材料科学与工程中的发泡聚苯乙烯（EPS）简化弹塑性模型研究

发泡聚苯乙烯（EPS）作为一种轻质、闭孔、硬质塑料泡沫，在过去二十年中成为了竞争最激烈的聚合物材料之一。EPS因其低导热性、低密度和卓越的减震特性，广泛应用于建筑物的隔热板、与其他传统建筑材料结合用作建筑材料及填料。加州承载比（CBR）测试装置是1929年由OJ Porter为加州公路部门开发的，用于评估土体的承载力和工作性，这一传统经验标准已被全球广泛采用。EPS与土工材料的结合研究不断，如德斯穆克等人通过CBR测试以及实验室评估了EPS颗粒在道路路面建设中的增效作用。

有限元模型（FEM）的研究亦对EPS作为可压缩材料的应用提供了支持。Karpurapu和Bathroom、Asaduzzaman等分别使用FEM模型模拟了EPS材料的性能，并与实验测试结果进行对比验证，进一步生成的设计图表对工程技术具有重要意义。综合研究显示，EPS颗粒与粉煤灰、底灰和膨胀土等材料的结合能有效提高加固路面的剪切和承载特性。

方法

本研究首次尝试创建和验证简化的EPS单轴无侧限压缩行为弹塑性模型。实验采用单轴加载机测试设备，并在50kN设备上分别加载了50 x 50 x 50 mm的EPS立方体样本，通过数学曲线拟合法构建模型，描述了EPS的弹塑性变形行为。建立样品的FTP更换装置确保了精确的测试环境。基于实验结果，研究误差、回归系数R^2和应力应变关系，提出并验证数学模型。




结果与讨论

实验测试中，三个EPS立方体样本表现出了相似的应力应变行为，图示揭示了线弹性行为与非线性塑性行为的显著转变点，即应变值约0.05。实验数据通过对数关系进行拟合，得出了应力应变关系的平均表达式。实验数据的高精度拟合曲线证明了研究模型的有效性，证实EPS在单轴无侧限压缩过程中的弹塑性行为。

在有限元模型创建方面，运用ABAQUS软件的静态一般响应模型进行数值模拟，通过复杂的几何结构模拟实际测试过程。ESS样品的网格化处理和材料属性设定均遵循严苛的工程标准。模拟能够直观地模拟应力应变关系，并通过比较理论和实验数据验证了模jams的准确度。

总结与结论

本研究成功创建了用于ABAQUS的简化的EPS单轴无侧限压缩行为弹塑性模型。实验装置的构建及其与文献中类似结果的对比，证实了模型预测的合理性。所提出的数学模型能够准确地通过弹性模量预测EPS的应力应变行为，验证了其在填充材料等应用中的可靠性。ABAQUS中的弹塑性响应模型能够准确描述EPS的无侧限单轴压缩过程。此外，通过修正系数以适应不同EPS样品的初始弹性模量，模型进一步显示出在预测有弹性模量的EPS材料应力应变行为方面的灵活性。

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