兩種PP-PA共混高聚物動(dòng)態(tài)大變形本構(gòu)特性及損傷演化研究.pdf

1、針對(duì)兩種不同相容劑的PP/PA共混高聚物材料，分別在Instron液壓伺服試驗(yàn)機(jī)和SHPB裝置上對(duì)其進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)和高應(yīng)變率下非線(xiàn)性粘彈性力學(xué)行為和損傷演化的實(shí)驗(yàn)研究。本文從三個(gè)不同的角度對(duì)損傷演化進(jìn)行了度量和研究。 首先以沖擊后試樣的模量變化來(lái)表征損傷演化，借助于“損傷凍結(jié)”的方法來(lái)控制總應(yīng)變，分別得到了其損傷值隨應(yīng)變及應(yīng)變率變化的曲線(xiàn)。試驗(yàn)表明，共混高聚物的損傷發(fā)展存在一個(gè)應(yīng)變閾值（大約在4﹪－6﹪之間）；超過(guò)閾值后，損傷值隨

2、應(yīng)變和應(yīng)變率的升高均有所增加，而前者對(duì)損傷發(fā)展的影響占有主導(dǎo)地位。試驗(yàn)還證明，112＃（以PP-g-MAH為相容劑）比113＃（以TPE-g為相容劑）的損傷演化更為迅速。說(shuō)明相容劑TPE-g比相容劑PP-g-MAH能更好地改善PP/PA共混高聚物在沖擊載荷下的界面相容性，從而能抑制動(dòng)態(tài)損傷的演化，改善共混物的動(dòng)態(tài)韌性。從實(shí)驗(yàn)事實(shí)出發(fā)，建議了一個(gè)損傷分別隨應(yīng)變率和應(yīng)變的冪函數(shù)增長(zhǎng)并存在應(yīng)變閾值的率型演化律，并且應(yīng)變閾值也是率相關(guān)的。

3、 其次，基于ZWT非線(xiàn)性粘彈性模型，并結(jié)合遺傳算法，分別得到了能有效描述兩種不同相容劑的大變形階段計(jì)及損傷的非線(xiàn)性粘彈性本構(gòu)關(guān)系。研究中發(fā)現(xiàn)：1）如果采用真實(shí)應(yīng)力與真實(shí)應(yīng)變（對(duì)應(yīng)于Eular坐標(biāo)），直接可由ZWT本構(gòu)模型得到與實(shí)驗(yàn)很好吻合的結(jié)果；2）但如果采用工程應(yīng)力與工程應(yīng)變（對(duì)應(yīng)于Lagrange坐標(biāo)），則需對(duì)原ZWT方程的形式進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?，修正后也能?duì)材料的本構(gòu)行為進(jìn)行較好的描述。還發(fā)現(xiàn)，由于隨著大變形所出現(xiàn)的塑性變形，兩種不

4、同相容劑的共混高聚物的大變形機(jī)制存在一定的差別，因此用計(jì)及損傷的ZWT方程對(duì)其能進(jìn)行有效描述的范圍也不一樣，對(duì)于112＃共混高聚物，由于即使在很大變形的階段，粘彈性、損傷等特性仍在其本構(gòu)行為中占據(jù)了主導(dǎo)地位，塑性的影響較小，因此我們能在較大的范圍內(nèi)（約24﹪）采用ZWT方程對(duì)其進(jìn)行描述；而對(duì)于113＃共混高聚物，由于粘塑性隨著其大變形而發(fā)展，對(duì)本構(gòu)行為起到了愈來(lái)愈不容忽視的影響，而損傷的發(fā)展又不如112＃劇烈，因此我們用 ZWT粘彈性模

5、型大約只能在15﹪的應(yīng)變范圍內(nèi)對(duì)其進(jìn)行有效的描述。 最后，運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，預(yù)先不作任何本構(gòu)假定，只根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)不同的輸入輸出模式對(duì)PP/PA共混高聚物在沖擊載荷下的本構(gòu)響應(yīng)和損傷演化規(guī)律等進(jìn)行了辨識(shí)。并對(duì)上述三種不同角度得出的損傷演化研究的結(jié)果進(jìn)行了比較和討論。看來(lái)，以SHPB和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法能在沒(méi)有本構(gòu)假定的前提下較客觀(guān)地給出共混高聚物的損傷演化規(guī)律。對(duì)于所研究的兩種PP/PA共混高聚物，由于損傷演化在其