兩種pp2fpa共混高聚物動態(tài)大變形本構(gòu)特性與損傷演化分析

1、寧波大學(xué)碩士學(xué)位論文大量的分析并建立了相關(guān)的粘彈性理論，而這其中相當一部分的分析內(nèi)容是建立在準靜態(tài)及中等應(yīng)變率狀態(tài)范圍內(nèi)的，已遠遠不能滿足當前對先進高聚物及其復(fù)合材料在更高應(yīng)變率下的粘彈塑性動態(tài)力學(xué)行為分析的需要，因為隨著高聚物應(yīng)用范圍愈來愈寬廣，使用條件愈來愈多樣，特別是經(jīng)增韌增強后的先進高聚物復(fù)合材料將會經(jīng)常應(yīng)用在所謂的極端載荷條件下，在此種加載條件下的力學(xué)特性如強度、加工硬化和韌性等與其在準靜態(tài)加載條件下常有明顯不同，所以對高聚物

2、力學(xué)行為的分析，必須包括愈來愈寬廣（以數(shù)量級計）的時域或應(yīng)變率范圍否則就難以獲得對高聚物的粘彈塑性力學(xué)行為的全面了解，甚至難以對強度和韌性作出科學(xué)而全面的評價[10～15]。材料在承受沖擊載荷作用時的一個重要特點是材料在很短暫時間里發(fā)生較大變形，由于變形速度非?？?，材料的力學(xué)行為將會有顯著變化，其中一個表現(xiàn)就是材料的流動應(yīng)力將隨應(yīng)變率的提高而明顯提高。比如Lindholm[40]就研究了對應(yīng)變率較為敏感的環(huán)氧樹脂力學(xué)性能，實驗表明當應(yīng)變

3、率從1.67102s1增大到9.3102s1時，材料強度幾乎增大到原來的三倍；Billington[41]等分析了幾種聚苯乙烯（polystyrene）基體的性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)每種材料的動態(tài)流動應(yīng)力幾乎為靜態(tài)值的兩倍。但材料強度的增加往往伴隨著韌性的減少。一般來說，材料在發(fā)生破壞的早期一定有著某種形式和程度的變形集中，如剪切帶、銀紋等，它們都是活化過程，受溫度和應(yīng)變率的影響，但敏感性各不相同。就屈服應(yīng)力而言，人們往往確認：應(yīng)變率的升高會抑制

4、屈服的發(fā)生，使破壞向脆性類型發(fā)展。當然，這種分析是在假設(shè)材料變形均勻和熱量分布均勻性的基礎(chǔ)上進行的。然而，在較高的應(yīng)變率下，材料內(nèi)部的某種不均勻性會導(dǎo)致溫升和變形的局部集中，一旦熱生成與塑性屈服相互耦合，材料的破壞形式又將發(fā)生變化了。另外，材料在沖擊載荷下出現(xiàn)的損傷不容忽視，準確地說銀紋也是材料內(nèi)部的某種損傷，更加嚴重的卻是試件表面產(chǎn)生并向內(nèi)部發(fā)展的微裂紋，即使在壓縮情況下也是如此。比如硬塑料PMMA在沖擊載荷下，會呈現(xiàn)一種玻璃狀行為，

5、在撞擊面上產(chǎn)生環(huán)形裂紋，但對于動態(tài)試驗中內(nèi)部產(chǎn)生的裂紋作用的深入分析還較少。損傷的發(fā)展過程其影響因素也較為復(fù)雜，應(yīng)變的增加，應(yīng)變率的升高，溫度的降低等均對其具有推動作用，對不同界面相的共混體系，由于微損傷演化規(guī)律與材料的界面設(shè)計、分散相形態(tài)、基體材料的力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，其損傷的演化也將呈現(xiàn)不同的規(guī)律，對各種因素的敏感程度也會有所區(qū)別。而材料的增韌機理與微損傷的產(chǎn)生形式以及演化過程是密切相關(guān)的。損傷的出現(xiàn)將導(dǎo)致材料性能寧波大學(xué)碩士學(xué)位論文的劣

6、化，并將促使材料斷裂強度因為內(nèi)部損傷的發(fā)展而部分喪失，在承受更進一步變形時將發(fā)生破壞。因此，高聚物材料在高應(yīng)變率下的力學(xué)行為相當復(fù)雜，粘滯性、應(yīng)變率、溫度、損傷的產(chǎn)生和發(fā)展以及變形集中等機制可能同時起著作用。而它們之間的相互作用及可能產(chǎn)生的失穩(wěn)現(xiàn)象又使問題更加難以分析。對于共混體系的高聚物復(fù)合材料，由于是包含相容劑在內(nèi)的三元體系，各相之間的變形及其損傷的發(fā)展都是相互影響相互制約的，從而使問題變得更加復(fù)雜化，而界面分子設(shè)計對材料宏觀力學(xué)性

7、能的影響又是率相關(guān)的，即使對同一界面分子設(shè)計，準靜態(tài)加載條件下的力學(xué)性能與高速沖擊下的力學(xué)性能也將明顯不同，為了充分了解在上述兩種相容劑下共混高聚物材料的力學(xué)性能，必須從時間和應(yīng)變率相關(guān)響應(yīng)的角度來做分析，并綜合考慮上述多種因素的影響[7～8]。由此可見，分析共混高聚物材料的動態(tài)性能，特別是應(yīng)變率、損傷對其力學(xué)行為的影響，并給出量化的關(guān)系，從而為復(fù)合材料的工藝開發(fā)和設(shè)計提供參考，具有重要的意義。1.68共混高聚物動態(tài)損傷型本構(gòu)關(guān)系的分析

8、分析描述高分子材料沖擊特性的非線性本構(gòu)關(guān)系一直力學(xué)、材料學(xué)和工程科學(xué)的需要。人們早已認識到開展高聚物動態(tài)非線性粘彈性本構(gòu)理論分析的重要性，并取得了相應(yīng)的進展。一般地，高分子復(fù)合材料在沖擊載荷下，應(yīng)變率將對其本構(gòu)行為產(chǎn)生顯著的影響，應(yīng)變率的升高將使材料的強度有增高的趨勢，但外界輸入的能量有相當部分在內(nèi)部被耗散為熱能，由于高聚物熱傳導(dǎo)性相對弱，在高速變形時生成的熱量來不及耗散，因而造成內(nèi)部溫度升高。高聚物模量和屈服強度受溫度影響很大，溫度升

9、高將會使模量和屈服強度迅速降低，結(jié)果又削弱了材料的承載能力。所以對于高應(yīng)變率下的絕熱變形過程應(yīng)綜合考慮整個過程中內(nèi)部溫度隨變形發(fā)展的歷史，并將應(yīng)變、應(yīng)變率和溫度同時計如材料本構(gòu)關(guān)系中來解釋材料應(yīng)力響應(yīng)。如SzyszkowskiW[55]等提出了工程上適用的簡單的具有遺傳特征的半經(jīng)驗本構(gòu)方程，可用來表述應(yīng)變軟化、蠕變、應(yīng)力松弛和回復(fù)等材料的非線性行為，但因只引入了一個特征時間，難以同時表示出準靜態(tài)和沖擊載荷下的力學(xué)特性。F.ZARI[43