两种pp2fpa共混高聚物动态大变形本构特性与损伤演化.研究

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1、宁波大学硕士学位论文大量的研究并建立了相关的粘弹性理论，而这其中相当一部分的研究内容是建立在准静态及中等应变率状态范围内的，已远远不能满足当前对先进高聚物及其复合材料在更高应变率下的粘弹塑性动态力学行为研究的需要，因为随着高聚物应用范围愈来愈宽广，使用条件愈来愈多样，特别是经增韧增强后的先进高聚物复合材料将会经常应用在所谓的极端载荷条件下，在此种加载条件下的力学特性如强度、加工硬化和韧性等与其在准静态加载条件下常有明显不同，所以对高聚物力学行为的研究，必须包括愈来愈宽广（以数量级计）的时域或应变率范围,否则就难以获得对高

2、聚物的粘弹塑性力学行为的[10～15]全面了解，甚至难以对强度和韧性作出科学而全面的评价。材料在承受冲击载荷作用时的一个重要特点是材料在很短暂时间里发生较大变形，由于变形速度非常快，材料的力学行为将会有显著变化，其中一个[40]表现就是材料的流动应力将随应变率的提高而明显提高。比如Lindholm就研究了对应变率较为敏感的环氧树脂力学性能，实验表明当应变率从-2-12-11.67×10s增大到9.3×10s时，材料强度几乎增大到原来的三倍；[41]Billington等研究了几种聚苯乙烯（polystyrene）基体的性

3、能，结果发现每种材料的动态流动应力几乎为静态值的两倍。但材料强度的增加往往伴随着韧性的减少。一般来说，材料在发生破坏的早期一定有着某种形式和程度的变形集中，如剪切带、银纹等，它们都是活化过程，受温度和应变率的影响，但敏感性各不相同。就屈服应力而言，人们往往确认：应变率的升高会抑制屈服的发生，使破坏向脆性类型发展。当然，这种分析是在假设材料变形均匀和热量分布均匀性的基础上进行的。然而，在较高的应变率下，材料内部的某种不均匀性会导致温升和变形的局部集中，一旦热生成与塑性屈服相互耦合，材料的破坏形式又将发生变化了。另外，材料在

4、冲击载荷下出现的损伤不容忽视，准确地说银纹也是材料内部的某种损伤，更加严重的却是试件表面产生并向内部发展的微裂纹，即使在压缩情况下也是如此。比如硬塑料PMMA在冲击载荷下，会呈现一种玻璃状行为，在撞击面上产生环形裂纹，但对于动态试验中内部产生的裂纹作用的深入分析还较少。损伤的发展过程其影响因素也较为复杂，应变的增加，应变率的升高，温度的降低等均对其具有推动作用，对不同界面相的共混体系，由于微损伤演化规律与材料的界面设计、分散相形态、基体材料的力学性质有关，其损伤的演化也将呈现不同的规律，对各种因素的敏感程度也会有所区别。

5、而材料的增韧机理与微损伤的产生形式以及演化过程是密切相关的。损伤的出现将导致材料性能-2-宁波大学硕士学位论文的劣化，并将促使材料断裂强度因为内部损伤的发展而部分丧失，在承受更进一步变形时将发生破坏。因此，高聚物材料在高应变率下的力学行为相当复杂，粘滞性、应变率、温度、损伤的产生和发展以及变形集中等机制可能同时起着作用。而它们之间的相互作用及可能产生的失稳现象又使问题更加难以分析。对于共混体系的高聚物复合材料，由于是包含相容剂在内的三元体系，各相之间的变形及其损伤的发展都是相互影响相互制约的，从而使问题变得更加复杂化，而

6、界面分子设计对材料宏观力学性能的影响又是率相关的，即使对同一界面分子设计，准静态加载条件下的力学性能与高速冲击下的力学性能也将明显不同，为了充分了解在上述两种相容剂下共混高聚物材料的力学性能，必须从[7～时间和应变率相关响应的角度来做研究，并综合考虑上述多种因素的影响8]。由此可见，研究共混高聚物材料的动态性能，特别是应变率、损伤对其力学行为的影响，并给出量化的关系，从而为复合材料的工艺开发和设计提供参考，具有重要的意义。1.2共混高聚物动态损伤型本构关系的研究研究描述高分子材料冲击特性的非线性本构关系一直力学、材料学和

7、工程科学的需要。人们早已认识到开展高聚物动态非线性粘弹性本构理论研究的重要性，并取得了相应的进展。一般地，高分子复合材料在冲击载荷下，应变率将对其本构行为产生显著的影响，应变率的升高将使材料的强度有增高的趋势，但外界输入的能量有相当部分在内部被耗散为热能，由于高聚物热传导性相对弱，在高速变形时生成的热量来不及耗散，因而造成内部温度升高。高聚物模量和屈服强度受温度影响很大，温度升高将会使模量和屈服强度迅速降低，结果又削弱了材料的承载能力。所以对于高应变率下的绝热变形过程,应综合考虑整个过程中内部温度随变形发展的历史，并将应

8、变、应变[55]率和温度同时计如材料本构关系中来解释材料应力响应。如SzyszkowskiW等提出了工程上适用的简单的具有遗传特征的半经验本构方程，可用来表述应变软化、蠕变、应力松弛和回复等材料的非线性行为，但因只引入了一个[43]特征时间，难以同时表示出准静态和冲击载荷下的力学特性。F.ZAÏRI等提出了一个无定形