發(fā)布時(shí)間：2020-11-02 22:20

　　 高聚物在汽車工程、機(jī)械工程、航空航天工程等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用,人們對(duì)其力學(xué)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(zhǎng)期力學(xué)性能對(duì)高聚物材料和結(jié)構(gòu)的安全使用極為重要。基于時(shí)間-溫度等效原理(TTSP)、時(shí)間-應(yīng)力等效原理(TSSP)、時(shí)間-溫度-應(yīng)力等效原理(TTSSP)的加速表征方法是研究高聚物長(zhǎng)期力學(xué)性能的重要手段,一直是高分子材料科學(xué)研究者和力學(xué)研究者共同關(guān)注的重要課題。本文圍繞固態(tài)高聚物的流變損傷和長(zhǎng)期力學(xué)性能的加速表征展開研究,主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)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(yīng)力水平相關(guān)性和時(shí)間相關(guān)性,考慮銀紋損傷以PMMA低應(yīng)力水平下蠕變?nèi)崃吭囼?yàn)數(shù)據(jù)有效預(yù)測(cè)了其高應(yīng)力水平下的拉伸蠕變行為。通過動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試和光學(xué)顯微觀察,探討了PMMA動(dòng)載下銀紋損傷演化的應(yīng)變幅值相關(guān)性。研究表明,PMMA銀紋損傷具有率相關(guān)性,隨著加載應(yīng)變率減小,銀紋引發(fā)的臨界應(yīng)變減小,相同應(yīng)變條件下試樣表面銀紋密度增大,銀紋發(fā)展更充分;動(dòng)態(tài)載荷作用下,PMMA銀紋損傷具有應(yīng)變幅值相關(guān)性,導(dǎo)致其儲(chǔ)能模量隨應(yīng)變幅值的增大而下降。另一方面,采用聲發(fā)射(AE)技術(shù)對(duì)多種加載路徑下固態(tài)高聚物的損傷演化進(jìn)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(yīng)用概率熵評(píng)估方法對(duì)聚氯乙烯(PVC)的損傷演化規(guī)律進(jìn)行分析。結(jié)果表明,PVC在多步蠕變或多步應(yīng)力松弛試驗(yàn)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(shí)間相關(guān)性;同時(shí),對(duì)具有應(yīng)變軟化效應(yīng)的固態(tài)高聚物,以“最大應(yīng)變”來描述其聲發(fā)射的“Kaiser效應(yīng)”更為適合。2.對(duì)物理老化近32年的PMMA棒材進(jìn)行單軸壓縮力學(xué)性能測(cè)試和單軸壓縮蠕變性能測(cè)試,并與復(fù)新樣品的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較,探討了長(zhǎng)期物理老化對(duì)固態(tài)高聚物力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,物理老化導(dǎo)致PMMA的彈性模量增大,屈服應(yīng)變減小,應(yīng)變軟化現(xiàn)象更明顯,蠕變應(yīng)變減小10%~20%。同時(shí),采用Findley模型模擬了老化PMMA和復(fù)新PMMA中低應(yīng)力水平下的短期蠕變行為,模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。在高應(yīng)力作用下,材料出現(xiàn)加速蠕變行為,其加速蠕變起始時(shí)間隨應(yīng)力的增大呈指數(shù)下降。3.探討固態(tài)高聚物長(zhǎng)期力學(xué)性能的加速表征方法,提出了一種構(gòu)建材料黏彈力學(xué)性能主曲線的新方法。該方法考慮黏彈性能測(cè)試曲線間的交疊區(qū)域面積,完全基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)給出了移位因子的計(jì)算表達(dá)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(gòu)建了三種不同材料的蠕變?nèi)崃恐髑�線、松弛模量主曲線和動(dòng)態(tài)黏彈性能主曲線,從不同角度檢驗(yàn)了所提方法的有效性。4.對(duì)材料長(zhǎng)期力學(xué)性能試驗(yàn)的應(yīng)變測(cè)量方法進(jìn)行探討,基于數(shù)字圖像技術(shù)提出了一種實(shí)時(shí)的非接觸式的長(zhǎng)時(shí)標(biāo)應(yīng)變測(cè)量方法,并開發(fā)出相應(yīng)的測(cè)量系統(tǒng)。所提方法具有“中斷后可續(xù)測(cè)”、“可調(diào)整的時(shí)間間隔類型”和“自適應(yīng)的隨動(dòng)視窗”三個(gè)顯著特點(diǎn),能避免測(cè)量設(shè)備因持續(xù)開機(jī)時(shí)間過長(zhǎng)而損壞,或意外中斷而導(dǎo)致試驗(yàn)失敗的問題,滿足了長(zhǎng)期力學(xué)試驗(yàn)的應(yīng)變測(cè)量的需求。最后,將該方法應(yīng)用于PMMA長(zhǎng)期蠕變測(cè)試,得到了20MPa下完整的拉伸蠕變斷裂曲線,歷時(shí)近31天。
【學(xué)位單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：O341
【部分圖文】：

(a) 應(yīng)變加載歷程 (b) 應(yīng)力響應(yīng)圖 1.2 材料的應(yīng)力松弛力 (t )隨時(shí)間的變化就是應(yīng)力松弛。圖 1.2 給出了常見的應(yīng)力響應(yīng)的示意圖。于蠕變?nèi)崃�，松弛模量是單位�?yīng)變下的應(yīng)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(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究領(lǐng)域，一般地，用動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的化的溫度譜（Dynamic Mechanical Analysis 譜，簡(jiǎn)稱 DMA態(tài)黏彈性參數(shù)與溫度的關(guān)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(hào)：2867651