典型聚合物材料应变率相关本构模型研究

摘要

聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯（俗称有机玻璃）是典型的无定形热塑性材料，具有优良的物理机械性能，尤其是耐冲击性优异。利用其透明性和高抗冲击强度，这两种材料已经被广泛的用作飞机的风挡、舷窗及战斗机的座舱盖、防弹玻璃等；聚乙烯和聚酰胺（俗称尼龙）是典型的半结晶热塑性聚合物，具有优良的耐化学腐蚀、电绝缘以及耐低温的性能，而且易于加工成型，被广泛地用作机械、化学及电器零件、管道等。这四种聚合物除了经受静荷载外，经常会受到动态荷载的作用。因此，开展四种聚合物准静态和动态力学行为研究，掌握温度、应变率对四种聚合物力学性能的影响规律有重要意义。论文的主要研究内容、方法和结论如下：
　　(1)利用MTS810材料试验机分别对四种典型聚合物材料进行应变率范围为10-4s-1～10-1s-1、温度范围为-70℃～120℃内的准静态压缩试验研究,得到四种聚合物材料准静态压缩应力-应变曲线，分析温度、应变率对四种聚合物压缩力学性能的影响规律。研究表明：四种聚合物是应变率和温度敏感材料，其流动应力随应变率的增加而增大，随温度升高而降低；聚碳酸酯、尼龙和聚乙烯的屈服应力与温度的关系满足多项式指数方程，有机玻璃的屈服应力与温度的关系满足线性方程。
　　(2)采用 SHPB试验装置对四种典型聚合物材料进行应变率为102s-1~103s-1的动态压缩试验研究，得到四种聚合物材料动态压缩应力-应变曲线，分析应变率对四种聚合物力学性能的影响规律。研究表明：随着应变率的增大，四种聚合物材料的屈服应力明显增大，聚碳酸酯、有机玻璃和聚乙烯的屈服应力与对数应变率呈双线性关系，尼龙的屈服应力与对数应变率的关系满足多项式指数方程。
　　(3)利用Sherwood-Frost本构模型描述四种聚合物的压缩力学性能，在低应变率下，考虑应变率和温度对聚合物压缩性能的影响，在高应变率下，只考虑应变率的影响。获取四种聚合物材料的本构模型参数，并将模型预测曲线与试验曲线进行对比。结果表明：模型预测值与试验值的最大偏差都在10％以内，说明本文所用的Sherwood-Frost本构模型对四种聚合物材料是适用的，并且所获取的本构模型参数是合理正确的。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

2 聚合物材料准静态压缩力学性能试验研究

2.1 引言

2.2 试验材料和试验装置

2.3 试验结果与分析

2.4 本章小结

3 聚合物材料动态压缩力学性能试验研究

3.1 引言

3.2 聚合物材料的动态压缩试验

3.3 试验结果与分析

3.4 本章小结

4 聚合物材料率相关本构模型研究

4.1 引言

4.2 Sherwood-Frost本构模型研究

4.3 Sherwood-Frost模型预测值和试验值误差分析

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及研究成果