兩種pp2fpa共混高聚物動(dòng)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(dāng)一部分的分析內(nèi)容是建立在準(zhǔn)靜態(tài)及中等應(yīng)變率狀態(tài)范圍內(nèi)的，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前對(duì)先進(jìn)高聚物及其復(fù)合材料在更高應(yīng)變率下的粘彈塑性動(dòng)態(tài)力學(xué)行為分析的需要，因?yàn)殡S著高聚物應(yīng)用范圍愈來(lái)愈寬廣，使用條件愈來(lái)愈多樣，特別是經(jīng)增韌增強(qiáng)后的先進(jìn)高聚物復(fù)合材料將會(huì)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(qiáng)度、加工硬化和韌性等與其在準(zhǔn)靜態(tài)加載條件下常有明顯不同，所以對(duì)高聚物

2、力學(xué)行為的分析，必須包括愈來(lái)愈寬廣（以數(shù)量級(jí)計(jì)）的時(shí)域或應(yīng)變率范圍否則就難以獲得對(duì)高聚物的粘彈塑性力學(xué)行為的全面了解，甚至難以對(duì)強(qiáng)度和韌性作出科學(xué)而全面的評(píng)價(jià)[10～15]。材料在承受沖擊載荷作用時(shí)的一個(gè)重要特點(diǎn)是材料在很短暫時(shí)間里發(fā)生較大變形，由于變形速度非常快，材料的力學(xué)行為將會(huì)有顯著變化，其中一個(gè)表現(xiàn)就是材料的流動(dòng)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(duì)應(yīng)變率較為敏感的環(huán)氧樹脂力學(xué)性能，實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)應(yīng)變

3、率從1.67102s1增大到9.3102s1時(shí)，材料強(qiáng)度幾乎增大到原來(lái)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(dòng)態(tài)流動(dòng)應(yīng)力幾乎為靜態(tài)值的兩倍。但材料強(qiáng)度的增加往往伴隨著韌性的減少。一般來(lái)說(shuō)，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(guò)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(rèn)：應(yīng)變率的升高會(huì)抑制

4、屈服的發(fā)生，使破壞向脆性類型發(fā)展。當(dāng)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(jìn)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(huì)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(zhǔn)確地說(shuō)銀紋也是材料內(nèi)部的某種損傷，更加嚴(yán)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(huì)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(duì)于動(dòng)態(tài)試驗(yàn)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(guò)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(duì)其具有推動(dòng)作用，對(duì)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(jì)、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(duì)各種因素的敏感程度也會(huì)有所區(qū)別。而材料的增韌機(jī)理與微損傷的產(chǎn)生形式以及演化過(guò)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(qiáng)度因?yàn)閮?nèi)部損傷的發(fā)展而部分喪失，在承受更進(jìn)一步變形時(shí)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(dāng)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(jī)制可能同時(shí)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(wèn)題更加難以分析。對(duì)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(wèn)題變得更加復(fù)雜化，而界面分子設(shè)計(jì)對(duì)材料宏觀力學(xué)性

7、能的影響又是率相關(guān)的，即使對(duì)同一界面分子設(shè)計(jì)，準(zhǔn)靜態(tài)加載條件下的力學(xué)性能與高速?zèng)_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(shí)間和應(yīng)變率相關(guān)響應(yīng)的角度來(lái)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(dòng)態(tài)性能，特別是應(yīng)變率、損傷對(duì)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(jì)提供參考，具有重要的意義。1.68共混高聚物動(dòng)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?cè)缫颜J(rèn)識(shí)到開展高聚物動(dòng)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(jìn)展。一般地，高分子復(fù)合材料在沖擊載荷下，應(yīng)變率將對(duì)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(qiáng)度有增高的趨勢(shì)，但外界輸入的能量有相當(dāng)部分在內(nèi)部被耗散為熱能，由于高聚物熱傳導(dǎo)性相對(duì)弱，在高速變形時(shí)生成的熱量來(lái)不及耗散，因而造成內(nèi)部溫度升高。高聚物模量和屈服強(qiáng)度受溫度影響很大，溫度升

9、高將會(huì)使模量和屈服強(qiáng)度迅速降低，結(jié)果又削弱了材料的承載能力。所以對(duì)于高應(yīng)變率下的絕熱變形過(guò)程應(yīng)綜合考慮整個(gè)過(guò)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(shí)計(jì)如材料本構(gòu)關(guān)系中來(lái)解釋材料應(yīng)力響應(yīng)。如SzyszkowskiW[55]等提出了工程上適用的簡(jiǎn)單的具有遺傳特征的半經(jīng)驗(yàn)本構(gòu)方程，可用來(lái)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(gè)特征時(shí)間，難以同時(shí)表示出準(zhǔn)靜態(tài)和沖擊載荷下的力學(xué)特性。F.ZARI[43