半晶態(tài)聚合物屈服行為及宏觀唯象本構(gòu)研究.pdf

1、作為常見的半晶態(tài)高聚物，聚酰胺由于其高強(qiáng)度、高耐磨性、耐酸堿等優(yōu)異性能而成為最為重要的工程塑料之一，產(chǎn)量高而且應(yīng)用廣泛；其中，Polyamide66(PA66)在汽車工業(yè)得到了大量的應(yīng)用，同時也廣泛應(yīng)用于機(jī)械零部件的制造。因此，其服役環(huán)境通常是比較復(fù)雜的，而為了將其更好地應(yīng)用到人們的生活與工業(yè)的生產(chǎn)中，需要我們能更加全面地了解PA66各方面的性能，同時其在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用也促使我們對其進(jìn)行更深入的研究。為了更有效地服務(wù)于其產(chǎn)品的設(shè)計、

2、制造以及可靠性的估計，需要預(yù)測其在各種工況下的力學(xué)響應(yīng)；對此本構(gòu)模型則是一種很有用的工具，同時考慮到其廣泛的工程應(yīng)用性，提出一種簡單且實用的本構(gòu)模型的建立方法是必要的。因此本文采用試驗與理論相結(jié)合的研究方法開展了以下三方面的工作：（1）半晶態(tài)高聚物PA66的初始屈服行為的試驗研究；（2）PA66后繼加載面演化的理論推導(dǎo)及試驗驗證；（3）PA66加載速率相關(guān)的宏觀唯象本構(gòu)的推導(dǎo)及驗證。
　　采用兩種試驗方法（壓剪桿和壓剪試樣）測試了

3、PA66在三種加載速率下的壓剪失效行為，深入分析了兩種試驗方法中試樣承載時的應(yīng)力狀態(tài)，從而能夠分解出PA66試樣在不同加載角度下正應(yīng)力與剪應(yīng)力的分量；并且結(jié)合單軸壓縮、拉伸和剪切的實驗結(jié)果得到了PA66在三種加載速率下在主應(yīng)力空間內(nèi)的試驗屈服軌跡；結(jié)合已有的屈服準(zhǔn)則的討論與試驗得到的PA66的屈服軌跡的對比發(fā)現(xiàn)本文所采用的幾種靜水壓相關(guān)屈服準(zhǔn)則均能大致描述出PA66在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的屈服行為，但是相比較而言引入了應(yīng)力偏量第三不變量J3的屈

4、服準(zhǔn)則的預(yù)測效果最好；同時也驗證了本文所提出的壓剪試樣的測試方法對于研究材料試驗屈服軌跡的可行性；在本文所研究的范圍內(nèi)討論了加載速率對PA66初始屈服行為的影響，發(fā)現(xiàn)試驗屈服軌跡隨加載速率的增加而呈現(xiàn)出幾乎各向同性的膨脹。
　　在確定了PA66初始屈服函數(shù)的基礎(chǔ)上，引入雙曲函數(shù)描述其拉伸與壓縮的屈服后行為，結(jié)合混合強(qiáng)化的材料加工硬化模型，得出了PA66后繼加載面的演化函數(shù)，并且通過與試驗結(jié)果的對比驗證了這個后繼加載面演化函數(shù)的可用

5、性，其中值得提出的本文采用PA66壓拉強(qiáng)度比隨非彈性應(yīng)變變化的函數(shù)來表征 PA66的隨動強(qiáng)化是可行的；此外，通過引入 Eyring理論來推導(dǎo)不同加載速率下PA66的流動應(yīng)力，并在此基礎(chǔ)上提出了PA66的加載速率相關(guān)的后繼加載面的具體函數(shù)形式，并且結(jié)合實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了可靠性驗證。
　　對PA66試樣進(jìn)行不同應(yīng)變的壓縮試驗，進(jìn)而采取X-ray衍射進(jìn)行材料表征以此來定性地討論P(yáng)A66在變形過程中微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能關(guān)系，確定本文所研究的PA