發(fā)布時間：2020-11-02 22:20

　　 高聚物在汽車工程、機械工程、航空航天工程等領域得到了越來越廣泛的應用,人們對其力學性能和服役壽命提出了越來越高的要求,研究高聚物的流變損傷和長期力學性能對高聚物材料和結構的安全使用極為重要�；�于時間-溫度等效原理(TTSP)、時間-應力等效原理(TSSP)、時間-溫度-應力等效原理(TTSSP)的加速表征方法是研究高聚物長期力學性能的重要手段,一直是高分子材料科學研究者和力學研究者共同關注的重要課題。本文圍繞固態(tài)高聚物的流變損傷和長期力學性能的加速表征展開研究,主要研究內容和結果概述如下。1.研究固態(tài)高聚物的流變損傷。一方面,討論了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在蠕變條件下銀紋損傷的應力水平相關性和時間相關性,考慮銀紋損傷以PMMA低應力水平下蠕變柔量試驗數(shù)據(jù)有效預測了其高應力水平下的拉伸蠕變行為。通過動態(tài)力學性能測試和光學顯微觀察,探討了PMMA動載下銀紋損傷演化的應變幅值相關性。研究表明,PMMA銀紋損傷具有率相關性,隨著加載應變率減小,銀紋引發(fā)的臨界應變減小,相同應變條件下試樣表面銀紋密度增大,銀紋發(fā)展更充分;動態(tài)載荷作用下,PMMA銀紋損傷具有應變幅值相關性,導致其儲能模量隨應變幅值的增大而下降。另一方面,采用聲發(fā)射(AE)技術對多種加載路徑下固態(tài)高聚物的損傷演化進行表征,探討固態(tài)高聚物流變損傷過程的聲發(fā)射特征,并應用概率熵評估方法對聚氯乙烯(PVC)的損傷演化規(guī)律進行分析。結果表明,PVC在多步蠕變或多步應力松弛試驗中,出現(xiàn)“AE滯后現(xiàn)象”,這反映了材料的黏彈性和損傷的時間相關性;同時,對具有應變軟化效應的固態(tài)高聚物,以“最大應變”來描述其聲發(fā)射的“Kaiser效應”更為適合。2.對物理老化近32年的PMMA棒材進行單軸壓縮力學性能測試和單軸壓縮蠕變性能測試,并與復新樣品的測試結果進行比較,探討了長期物理老化對固態(tài)高聚物力學性能的影響。結果表明,物理老化導致PMMA的彈性模量增大,屈服應變減小,應變軟化現(xiàn)象更明顯,蠕變應變減小10%~20%。同時,采用Findley模型模擬了老化PMMA和復新PMMA中低應力水平下的短期蠕變行為,模擬結果與試驗結果吻合良好。在高應力作用下,材料出現(xiàn)加速蠕變行為,其加速蠕變起始時間隨應力的增大呈指數(shù)下降。3.探討固態(tài)高聚物長期力學性能的加速表征方法,提出了一種構建材料黏彈力學性能主曲線的新方法。該方法考慮黏彈性能測試曲線間的交疊區(qū)域面積,完全基于試驗數(shù)據(jù)給出了移位因子的計算表達式,所得移位因子具有唯一性,避免了現(xiàn)有方法的主觀判斷誤差和擬合插值誤差。采用該方法構建了三種不同材料的蠕變柔量主曲線、松弛模量主曲線和動態(tài)黏彈性能主曲線,從不同角度檢驗了所提方法的有效性。4.對材料長期力學性能試驗的應變測量方法進行探討,基于數(shù)字圖像技術提出了一種實時的非接觸式的長時標應變測量方法,并開發(fā)出相應的測量系統(tǒng)。所提方法具有“中斷后可續(xù)測”、“可調整的時間間隔類型”和“自適應的隨動視窗”三個顯著特點,能避免測量設備因持續(xù)開機時間過長而損壞,或意外中斷而導致試驗失敗的問題,滿足了長期力學試驗的應變測量的需求。最后,將該方法應用于PMMA長期蠕變測試,得到了20MPa下完整的拉伸蠕變斷裂曲線,歷時近31天。
【學位單位】：湘潭大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：O341
【部分圖文】：

(a) 應變加載歷程 (b) 應力響應圖 1.2 材料的應力松弛力 (t )隨時間的變化就是應力松弛。圖 1.2 給出了常見的應力響應的示意圖。于蠕變柔量，松弛模量是單位應變下的應力，通常用松弛

典型的非晶態(tài)線型高聚物的DMA溫度譜

圖 1.3 典型的非晶態(tài)高聚物的模量隨溫度變化的曲線聚物的動態(tài)力學性能研究領域，一般地，用動態(tài)力學性能的化的溫度譜（Dynamic Mechanical Analysis 譜，簡稱 DMA態(tài)黏彈性參數(shù)與溫度的關系。圖 1.4 為一定頻率下典型的非黏彈性的全域溫度譜。由圖可見，與模量-溫度曲線相似，
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本文編號：2867651