探究Mullins效应

之前，我们在一篇文章里有探讨过橡胶减振系统的蠕变问题。在此背景下，今天我们研究的另外一个在使用橡胶时产生的潜在问题也同样很有意义——以及我们如何解决这一难题。这一难题即为：Mullins效应。

简单说来，Mullins效应是指橡胶及其产品在经历循环加载-卸载时，因其力学特性而表现出的应力软化并有累积残余变形现象。这一现象最初是由L. Mullins于1947年发现的，而后多年Harwood、Mullins和Payne等人继续对之探索，这一现象从橡胶的原始状态到前几个加载-卸载循环时表现尤为明显。事实上，就像蠕变一样，它会随着时间的推移，其累积变形的积累会趋向于一常数——但这并不意味着我们就可以忽视它。

在工业和实践中，Mullins效应是工程师们关注的重要问题。目前，制作橡胶减振器及部件的设计参数仅仅是根据加载-卸载循环中的加载部分——而Mullins效应有可能会对部件造成意想不到的“损坏”。例如，为保护设备免受振动和冲击而设计的橡胶-金属粘结弹簧，其Mullins效应难以量化。

尽管经过70多年的研究，但对于评估Mullins效应的方法在行业内仍然不能达成共识——这是解决这一问题的关键因素，是理解橡胶类材料行为的主要障碍。通常，我们的做法是：在对设计参数开始测试之前，橡胶产品至少需要三次加载和卸载的循环以消除Mullins效应。然而，随着采用橡胶部件为核心的机器和设备变得越来越复杂，这促使我们需要对这种现象进行精确地理解并给出相应的预测。

幸运的是，我们的一位减振专家——罗克奇博士（也许你还记得他对橡胶蠕变的研究工作），他提出了一种基于回弹能（弹性）变化来预测对残余应变产品的Mullins损伤效应设计方法。罗博士在《国际损伤力学学报》杂志上发表了题为《Mullins损伤效应对残余应变橡胶产品的影响》的文章，他详细介绍了这种方法——如您想要获取文章副本，请与我们联系。

重要的是，这种方法首次提请重点关注一个有意义的物理概念——回弹弹性——这是对所有参与到消除工业应用中的Mullins效应的人员都更加相关的一个概念。更为关键的是，罗博士的实验表明，第一次加卸载循环可以消除约80％的Mullins效应——并且，根据行业惯例，通过三个循环的加载和卸载可以消除94％的Mullins效应，而对工业产品实施第七次的循环后可基本达到100%。也就是说，此后的加载-卸载曲线达到了稳定状态。

因此，这一研究发现的关键是为了彻底消除Mullins效应造成的潜在损害，在测试设计参数之前应进行七次加卸载循环，三次是至少的。终归小心谨慎一点是值得的。从业者和工程师应该跳出公认的行业智慧，并且应该转而关注确定性和可靠性。

尽管以弹性为基础的方法来衡量Mullins效应可以帮助实现确定性和可靠性，但我们仍然有很多工作需要去做；需要进行更多的测试来验证这种方法，并将其扩展到更多的工程设计和工业应用中去。但这确实为我们理解Mullins效应，探究Mullins效应的影响以及消除Mullins效应开创了一个良好的开端，采用这一方式，可以使未来的橡胶减振系统及其应用更可靠、更安全、更舒适、更高效。