潜水器观察窗用有机玻璃的损伤与破坏行为

摘要

潜水器观察窗是深海载人潜水器的唯一非金属结构部件,研究该观察窗用有机玻璃材料的损伤破坏行为以及抗裂纹扩展性能对潜水器观察窗使用寿命以及安全可靠性评估具有重要意义。根据观察窗有机玻璃的受载形式,进行拉伸、压缩、剪切、断裂韧性、应力银纹等测试,表征与服役损伤相关的关键力学性能;研究可能出现的损伤缺陷对有机玻璃关键力学性能的影响;结合潜水器观察窗玻璃的损伤缺陷情况,对观察窗用有机玻璃的缺陷(裂纹)扩展性能进行了研究。结果表明,潜水器观察窗用有机玻璃的压缩强度为115 MPa,剪切强度为62.6 MPa,与无机玻璃、定向有机玻璃、聚碳酸酯等材料相比,具有强度高、变形量小、不会突然发生破坏等优势;潜水器观察窗用有机玻璃的抗银纹引发以及抗裂纹扩展的性能较好,应力银纹强度为20.6 MPa、断裂韧性为1.66 MPa·m^(1/2);有机玻璃银纹损伤对拉伸、压缩、剪切静强度基本无影响;与银纹损伤相比,微裂纹缺陷使得压缩屈服强度略有降低但裂纹不扩展,使剪切强度降低约15%且破坏程度剧烈,对拉伸强度影响最大,使其降低约70%。