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1、第24卷第5期航空材料学报Vol.24,No.52004年10JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSoetober2004月含二相粒子非线性粘弹性聚合物材料界面脱粘研究’,,,2常留红陈建康白树林(1.扬州大学水利与建筑工程学院,江苏扬州2250的;2.北京大学力学与工程科学系,北京100871)摘:。要研究了含二相粒子聚合物材料中粒子界面脱粘问题首先提出了三维应力状态下具有非线性粘性效应的聚,一,;对无限大合物基体材料的本构关系其次聚合物基体中粒子基体界面脱粘问题进行了分析导出了求解界面脱,,粘临界时间的方程并且给出;了常应变条件下界面脱粘时间表达式最后通过
2、数值计算讨论了界面脱粘临界时间。:、、。的影响因素计算结果表明粒子尺度加载速率界面粘结能和非线性粘性参数对界面脱粘时间有重要的影响:;;;关键词非线性粘弹性粒子填充聚合物材料界面脱粘临界时间:0373:A:1005一5053200405一035刀5中图分类号文献标识码文章编号(),,以非弹性微粒通过共混或填充的方式形成聚合材料的粘性效应不是线性的而是非线性的因而这物体系是高分子材料改性的重要途径之一〔‘,’〕。实类材料中微粒界面脱粘的研究应当计及非线性粘性,,。验表明若以刚度较大的粒子填充聚合物材料中的效应的影响微损伤一般以粒子与基体之间界面脱粘形成微孔洞从细观力学角度出发研究含夹
3、杂材料的界面脱’。:为主〔〕微孔洞不断长大与汇合将弱化复合材料粘问题的通常作法是先研究无限大基体材料中含,。,,的宏观力学性质最终导致材料失效因此微粒界一个夹杂的界面脱粘问题然后以此为基础采用统。面脱粘问题是材料的宏观性质研究的关键问题之计的方法研究含大量夹杂材料的界面脱粘问题本。,-一许多研究者对该问题进行了探讨比如Tana文针对一个包含在具有非线性粘性效应的无限大粘a,oaaura[4kM五和Nkm〕研究了基体材料在发生塑性弹性基体中的球形刚性微粒界面脱粘问题进行了研。变形条件下由于二相粒子界面脱粘导致微孔洞成核究通过增量方法得到求解界面脱粘时间的隐函数;Aron〔’〕,oo,
4、n[6],,问题ged和Brow的研究表明对于方程从而导出了在常应变率条件下界面脱粘时间金属材料中粒径大于100·的粒子,当界面上的张的表达式。通过数值计算结果,分析了非线性粘性,。。应力达到界面强度时能量条件总是满足的基于效应对临界成核时间的影响,此Anrgo倾向于采用应力准则作为界面开裂的判。e’据Nedlman〔〕对粒子界面开裂进行了更为细致1松弛时间率相关的非线性粘弹性本。,的研究他在粒子与基体间引进了所谓界面层从构模型而可以分析粒子与基体之间由初始开裂直至完全分,。s离的全过程等等相关的研究成果已在f〕中作了文献[0]通过对聚丙烯(PP)和高密度聚乙烯。(HDPE)在不同
5、应变率条件下的单向拉伸实验结较为全面的介绍和评述已有的关于粒子界面脱粘,,的研究主要是针对基体材料为金属材料而开展的,果结合不可逆热力学的内变量理论导出了单向应而对于聚合物基材料中的粒子脱粘问题,还仅限于力状态条件下的具有三个参数的非线性粘弹性一阶线性粘弹性基体材料中的微孔洞成核问题的研究,近似本构关系:。=‘_二。ex一t一:二而关于非线性粘弹性材料中粒子界面脱粘问题的研丁Ep[()/a」宕d(l)。。。一究尚未见报道a=a(去/宕)月’:,最新的研究表明〔〕即使是在小变形条件下一粘壶,如果用弹簧模型表征材料的本构关系则(l)处于粘弹态的高分子材料如聚丙烯(PP)和高密度式的物理
6、含义为一个线性弹簧和一个非线性粘壶串。聚乙烯(HDPE)的松弛时间也是率敏感的这表明。,。联的本构模型式中a为松弛时间E为初始弹性,0,模量0为具有时间量纲的松弛时间参数无量纲收稿:2003刃5一29;:2004一1一13,日期修订日期量刀为非线性粘性效应参数它的取值范围一般在:101724,100320基金项目国家自然科学基金(0710一。。,。二01之间云为参考应变率为方便计算取云10272005)作者简介:常1979一,,。留红()女硕士研究生航空材料学报第24卷.。,,10(1/s)式(l)所给出的计算非线性粘性效应的不大因此我们仅就远场作用球对称荷载的情况进,。,。。粘弹
7、性本构关系只有3个材料参数即E0和行分析从(4)式可以导出三维本构模型的增量形,。月所:以形式简单便于应用理论和实验的比较表式为,,明对于高密度聚乙烯和聚丙烯材料当应变范围分连『二LO:乙e,%和10%以内时(l)式所给出的非线性粘一△一’ex一,一:。:::别在15。丁孟。p[()/o]乙宕()d。弹性本构模型与实验结果相符很好在复杂应力状(6),态下线性粘弹性本构关系可以用Stieljes卷积形式上式右边的第二相与应变增量e。连无关在远场荷表示为:〔’”〕,载作用
