有機(jī)玻璃的一維力學(xué)行為研究與分子動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、有機(jī)玻璃因其透明性好、質(zhì)量輕、不易碎裂、耐老化以及有良好的機(jī)械性能等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空、建筑、生物醫(yī)學(xué)等各個(gè)方面。尤其在航空方面，以其制作的飛機(jī)艙蓋及舷窗玻璃一直以來受到鳥撞威脅，近年來事故仍時(shí)有發(fā)生。此外，有機(jī)玻璃擋板還可能受到子彈侵徹的考驗(yàn)，同時(shí)飛行員逃生需要使用爆炸切割破壞艙蓋，因此對(duì)其力學(xué)性能的研究尤為重要。而對(duì)其一維力學(xué)本構(gòu)的研究不僅可以解釋一維受力狀態(tài)下的力學(xué)行為，還是三維復(fù)合應(yīng)力的研究基礎(chǔ)，對(duì)其研究更為重中之重。

2、>　　本文結(jié)合近年來對(duì)于以有機(jī)玻璃為代表的高分子聚合物的研究成果，采用理論、實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究了有機(jī)玻璃在一維壓縮下的粘彈、粘塑性本構(gòu)模型，以及不同構(gòu)象或添加增塑劑后的力學(xué)性能差別，一方面完善了目前對(duì)于有機(jī)玻璃力學(xué)性能的相關(guān)本構(gòu)關(guān)系理論，另一方面探索及推廣了分子動(dòng)力學(xué)在有機(jī)玻璃力學(xué)研究中的應(yīng)用。具體內(nèi)容包括:(1)對(duì)MDYB-3有機(jī)玻璃進(jìn)行了相同溫度、不同應(yīng)變率下的準(zhǔn)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)（應(yīng)變率為0.001 s-1～3000

3、s-1），得到材料應(yīng)力—應(yīng)變曲線，與最終模態(tài)，以研究其應(yīng)變率效應(yīng);(2)修正了多Maxwell模型以更好的描述材料的粘彈性行為，并與ZWT模型、多Maxwell模型擬合結(jié)果作對(duì)比;(3)修正了Ree-Eyring屈服模型與Cooperative屈服模型以描述定向拉伸對(duì)材料屈服行為的影響，并嘗試使用Johnson-Cook粘塑性模型描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果;(4)運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)方法，計(jì)算和對(duì)比了不同構(gòu)象有機(jī)玻璃及增塑后有機(jī)玻璃的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度與力學(xué)常

4、數(shù)。
　　研究取得以下五方面的成果:(1)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，有機(jī)玻璃具有明顯的應(yīng)變率效應(yīng)，隨應(yīng)變率增大，材料的屈服強(qiáng)度、初始彈性模量均有所增大，此結(jié)果與其內(nèi)部所具有的粘性相關(guān)。(2)描述材料粘彈性行為方面，ZWT模型表達(dá)式參數(shù)少，擬合方便，顯得更為靈活簡(jiǎn)便，而修正多Maxwell模型表達(dá)式參數(shù)能根據(jù)多個(gè)應(yīng)變率狀態(tài)下的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，顯得更為準(zhǔn)確。(3)描述材料屈服行為方面，修正Ree-Eyring模型稍小于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，修正Cooperat

5、ive模型比修正Ree-Eyring模型更準(zhǔn)確地描述了準(zhǔn)靜態(tài)屈服應(yīng)力。通過屈服模型與實(shí)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)壓縮的峰值應(yīng)力為失效應(yīng)力，試樣在1500s-1以上應(yīng)變率條件下，未達(dá)到屈服應(yīng)力即已發(fā)生破壞。(4)描述屈服后粘塑性行為方面，Johnson-Cook模型擬合單條應(yīng)力—應(yīng)變曲線良好，但無法準(zhǔn)確描述多條不同應(yīng)變率下的曲線，即無法描述材料的應(yīng)變率相關(guān)性。(5)分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算結(jié)果方面，間同PMMA的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度最高，其次為間同PMMA，全同P