聚合物大变形及断裂行为的建模与模拟

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1、分类号学号Ｄ２０１２７７２２９学校倾密散專ｆ科技博士学位论文聚合物大变形及断裂行为的建模与觀学位＿请人：王海涛学科专业：材料加工工程指导教师：周华民教授２０１７５１２答辩日期：年月日ＡＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｂｍｉｔｔｅｄｉｎＰａｒｔｉａｌＦｕｌｆｉｌｌｍｅｎｔｏｆｔｈｅＲｅｕｉｒｅｍｅｎｔｓｑｆｏｒｔｈｅＤｅｒｅｅｏｆＤｏｃｔｏｒｏｆＰｈｉｌｏｓｏｈｉｎＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｐｙｇｇＭｏｄｅｌｉｎａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌａｒｇ

2、ｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｇａｎｄｆｒａｃｔｕｒｅｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｏｌｍｅｒｓｐｙＰｈ．Ｄ．Ｃａｎｄｉｄａｔｅ：ＷａｎｇＨａｉｔａｏＭａｏｒ：ＭａｔｅｒｉａｌｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｊＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＺｈｏｕＨｕａｍｉｎＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＷｕｈａｎ４３００７４，Ｐ．Ｒ．ＣｈｉｎａＭａ１２２０１７ｙ，独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指

3、导下进行的研宄工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研宄成果。对本文的研宄做出贡献的个人和集体，均已在＋文中以明确方式标明＝本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：三＿海齊丨１日期：从年Ｉ月１０７学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，ｇｐ：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容

4、编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密［＾。“”（请在以上方框内打ｖ）丨ｔ：指导教师签名学位论文作者签名ｉ海：ｊ曰期扒丨厂月Ｍ曰期月产Ｗ梦广／之曰华中科技大学博士学位论文摘要聚合物具有比强度高、易成形、价格低等优点，广泛应用于汽车、家电、国防以及航空航天等领域，经常遭。聚合物产品在跌落、碰撞等冲击过程中遇大变形，甚至断裂，，且应变率跨越低、中、高三个量级。目前聚合物大变形及断裂行为的研究存在如

5、下问题，：（１）在低、中、高不同的应变率下分子主链取向、断裂以及一分子支链解缠结，、变形的行为不导致聚合物在宽应变率范围下的大变形行为及变形机理非常复杂，难以找到能准确描述这种变形行为及机理的本构模型（２）冲；击过程呈现高度非线性，裂纹扩展方向不能事先预知，导致断裂形式不如准静态过ＩＩＩＩ３型、，断裂过程难以准确预测）程中的型、ＩＩ型或者混合模式那么简单；（聚合物的变形行为除与服役环境有关之外，还受成形过程影响，但现有的注塑成形仿，无法考虑成形过程对其大变形行为的影响真和服役行为仿真未能实现衔接。针对上述难题

6、，本文开展了以下研宄工作：以聚碳酸酯（ＰＣ）及其共混物ＰＣ／ＡＢＳ为研宄对象，进行低、中、高应变率下的单轴压缩实验，发现其大变形行为与应变率、温度相关，且高应变率下的初始非线弹性变形以及应变硬化变形比低、中应变率下的也更为迅速。通过单轴拉伸实验和落锤冲击实验，，分析其大变形及断裂过程，通过动态力学分析（ＤＭＡ）实验分析其应变率相关的玻璃化转变和次级转变。结果表明，在低、中应变率下的变形机理可用玻璃化转变解释，在高应变率下的变形机理需用玻璃化转变和次级转变协同解释。为描述聚合物复杂的大变形行为及变形机理－Ｂ

7、物理本构模，改进了现有的Ｍ型，’考虑了高应变率下与次级转变有关的内剪切强度演化Ｍ－Ｂ、ＧＳｅｌｌ－；同时，在现有的ＤＳＧＺ本构模型基础上一Ｊｏｎａｓ和，提出了个全新的唯象本构模型，考虑了玻璃化转－变和次级转变对大变形的影响。建立了本构模型的应力应变更新算法，并对原始ＭＢ本构、－Ｂ本构、ＤＳＧＺ本构Ｍ，结果表明改进以及新唯象本构进行对比分析：相比于原始Ｍ－ＢＭ－ＢＰＣＡＢＳ本构，改进本构更能准确解释／的变形机理，且预测精－华中科技大学博士学位论文、度更高，新唯象本构最能反映低中、高应变率下的变形机理，；

8、在这四个本构之中且预测精度最尚。一基于上述结果，进步对新唯象本构进行推广应用，。结果表明新唯象本构能准确解释ＰＣ和ＰＣ／ＡＢＳ在低、中、高应变率下的变形机理，且能准确预测其在这宽应变率范围内的单