聚碳酸酯不同溫度下的棘輪行為實驗及理論模型研究.pdf

1、聚碳酸酯是一種熱塑性非晶態(tài)聚合物材料，由于其具有較高的比強度，耐沖擊，耐腐蝕和透明等優(yōu)良特性，已經(jīng)廣泛應用于汽車、航空航天、建筑和醫(yī)療器械等領域。在這些應用中，聚碳酸酯結(jié)構(gòu)構(gòu)件難免經(jīng)受各種復雜的循環(huán)載荷作用，并不可避免的工作于不同的環(huán)境溫度中。在這種循環(huán)載荷作用下，聚碳酸酯結(jié)構(gòu)構(gòu)件的失效形式主要有疲勞失效和棘輪效應引起的變形過大而失效。棘輪效應是指材料在非對稱應力循環(huán)作用下在非零平均應力方向產(chǎn)生非彈性變形累積的現(xiàn)象。近幾十年來，已經(jīng)有不

2、少學者對各種材料的棘輪行為進行了大量的研究，特別是對金屬材料棘輪行為的研究已經(jīng)較為廣泛且深入，然而對聚合物材料棘輪行為的研究尚欠系統(tǒng)。目前，已有一些學者對聚合物材料的棘輪行為進行了研究，但主要集中在室溫單軸應力控制循環(huán)下的棘輪行為，對不同溫度下的多軸棘輪行為還少見報道。聚碳酸酯作為一種典型的熱塑性工程塑料，其力學行為對溫度較為敏感，在較高溫度下其蠕變和棘輪行為會更加明顯，因此有必要對該材料在不同溫度下的棘輪行為進行系統(tǒng)的實驗和理論研究。

3、
　　為了對聚碳酸酯材料不同溫度下的單軸和多軸棘輪行為進行系統(tǒng)的實驗和理論研究，本論文開展了如下研究工作:
　　1.在室溫(23℃)下對聚碳酸酯材料進行了多級加載-卸載-回復實驗、蠕變-回復實驗和不同峰值應力的拉伸-卸載棘輪實驗，總結(jié)出該材料在室溫下的基本變形特性。然后在四個溫度（即0、30、60和90℃）下對聚碳酸酯材料進行保持峰值應力不變而改變谷值應力的一系列應力控制循環(huán)實驗，揭示了聚碳酸酯材料在拉-拉應力控制循環(huán)和拉-

4、壓應力控制循環(huán)下棘輪行為明顯不同的現(xiàn)象;通過分析循環(huán)過程中彈性模量的變化揭示了不同工況下聚碳酸酯循環(huán)變形過程中的損傷演化規(guī)律，為后續(xù)耦合損傷的粘彈粘塑性循環(huán)本構(gòu)模型的建立提供了豐富的實驗數(shù)據(jù)。
　　2.在室溫(23℃)下對聚碳酸酯材料進行一系列的純扭應力控制循環(huán)實驗和非比例多軸應力控制循環(huán)實驗，揭示了加載路徑、應力幅值、平均應力和加載歷史對聚碳酸酯材料多軸棘輪行為的影響。同時在3個較高溫度（即60、73和87℃）下進行了系統(tǒng)的多軸

5、應力控制循環(huán)實驗，揭示了高溫下聚碳酸酯多軸棘輪行為的演化規(guī)律，為后續(xù)本構(gòu)模型建立和驗證提供了豐富的實驗數(shù)據(jù)。
　　3.為了更合理的地描述聚碳酸酯在各種工況下的棘輪行為，在充分分析實驗數(shù)據(jù)的基礎上，提出了一個耦合損傷的非線性粘彈粘塑性循環(huán)本構(gòu)模型。模型的粘彈性變形部分由基于Schapery非線性粘彈性本構(gòu)模型拓展得到，而粘塑性變形部分則在統(tǒng)一粘塑性框架下引入修正的A-F隨動硬化律并增加了蠕變變形得到。結(jié)合提出的損傷演化律和蠕變律構(gòu)建