典型聚合物材料應(yīng)變率相關(guān)本構(gòu)模型研究.pdf

1、聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯（俗稱有機(jī)玻璃）是典型的無定形熱塑性材料，具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能，尤其是耐沖擊性優(yōu)異。利用其透明性和高抗沖擊強(qiáng)度，這兩種材料已經(jīng)被廣泛的用作飛機(jī)的風(fēng)擋、舷窗及戰(zhàn)斗機(jī)的座艙蓋、防彈玻璃等；聚乙烯和聚酰胺（俗稱尼龍）是典型的半結(jié)晶熱塑性聚合物，具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕、電絕緣以及耐低溫的性能，而且易于加工成型，被廣泛地用作機(jī)械、化學(xué)及電器零件、管道等。這四種聚合物除了經(jīng)受靜荷載外，經(jīng)常會受到動態(tài)荷載的作用。因此，開展四

2、種聚合物準(zhǔn)靜態(tài)和動態(tài)力學(xué)行為研究，掌握溫度、應(yīng)變率對四種聚合物力學(xué)性能的影響規(guī)律有重要意義。論文的主要研究內(nèi)容、方法和結(jié)論如下：
　　(1)利用MTS810材料試驗機(jī)分別對四種典型聚合物材料進(jìn)行應(yīng)變率范圍為10-4s-1～10-1s-1、溫度范圍為-70℃～120℃內(nèi)的準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗研究,得到四種聚合物材料準(zhǔn)靜態(tài)壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線，分析溫度、應(yīng)變率對四種聚合物壓縮力學(xué)性能的影響規(guī)律。研究表明：四種聚合物是應(yīng)變率和溫度敏感材料，其流

3、動應(yīng)力隨應(yīng)變率的增加而增大，隨溫度升高而降低；聚碳酸酯、尼龍和聚乙烯的屈服應(yīng)力與溫度的關(guān)系滿足多項式指數(shù)方程，有機(jī)玻璃的屈服應(yīng)力與溫度的關(guān)系滿足線性方程。
　　(2)采用 SHPB試驗裝置對四種典型聚合物材料進(jìn)行應(yīng)變率為102s-1~103s-1的動態(tài)壓縮試驗研究，得到四種聚合物材料動態(tài)壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線，分析應(yīng)變率對四種聚合物力學(xué)性能的影響規(guī)律。研究表明：隨著應(yīng)變率的增大，四種聚合物材料的屈服應(yīng)力明顯增大，聚碳酸酯、有機(jī)玻璃和聚

4、乙烯的屈服應(yīng)力與對數(shù)應(yīng)變率呈雙線性關(guān)系，尼龍的屈服應(yīng)力與對數(shù)應(yīng)變率的關(guān)系滿足多項式指數(shù)方程。
　　(3)利用Sherwood-Frost本構(gòu)模型描述四種聚合物的壓縮力學(xué)性能，在低應(yīng)變率下，考慮應(yīng)變率和溫度對聚合物壓縮性能的影響，在高應(yīng)變率下，只考慮應(yīng)變率的影響。獲取四種聚合物材料的本構(gòu)模型參數(shù)，并將模型預(yù)測曲線與試驗曲線進(jìn)行對比。結(jié)果表明：模型預(yù)測值與試驗值的最大偏差都在10％以內(nèi)，說明本文所用的Sherwood-Frost本構(gòu)模