《熱塑性聚合物材料的濕-熱-力耦合循環本構關係研究》是依託西南交通大學，由康國政擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：熱塑性聚合物材料的濕-熱-力耦合循環本構關係研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：康國政
- 依託單位：西南交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高性能聚合物材料已經越來越多地套用於承載結構領域，疲勞失效是聚合物材料結構構件失效的主要模式，而材料的循環本構關係是結構構件疲勞失效分析和可靠性評價的基礎。本項目針對聚合物材料濕熱環境下的非比例多軸循環本構關係研究方面的不足，開展如下系統的實驗和理論研究：首先通過室溫常濕、變溫常濕和變溫變濕條件下系統的單軸和非比例多軸(拉-扭組合)循環變形實驗研究，揭示聚合物材料的循環變形特徵和內部熱效應形成機制以及濕熱效應與循環變形之間的耦合作用；然後在實驗揭示的演化規律基礎上，基於不可逆熱力學和小變形連續介質力學框架，建立聚合物材料熱-力和濕-熱-力耦合的循環本構模型。濕-熱-力耦合循環本構模型的建立是材料循環本構關係研究方面的一個重大突破，具有重要的科學意義；同時，研究成果可直接套用於聚合物構件濕熱環境下的疲勞壽命預測和結構可靠性評估中，解決迫切的工程需求，從而具有較高的工程套用價值。
結題摘要
鑒於高性能熱塑性聚合物材料越來越多的套用需求以及疲勞失效是其結構構件失效的主要模式，本項目針對熱塑性聚合物材料濕-熱耦合循環本構關係研究方面的不足，開展了系統的實驗和理論研究，建立相應的循環本構關係。具體研究內容和主要研究成果為：（1）通過室溫常濕、變溫常濕和變溫變濕條件下系統的單軸和非比例多軸循環變形（含棘輪行為）實驗研究，揭示了三種熱塑性聚合物材料（即聚碳酸酯PC，超高分子量聚乙烯UHMWPE和尼龍PA6）的循環變形特徵和內部熱效應形成機制以及濕-熱效應與循環變形之間的耦合作用；同時揭示了三種材料的單軸和多軸非比例循環變形行為對載入水平、載入速率、載入路徑和載入歷史以及環境溫度和相對吸濕度的依賴性。（2）在常溫常濕實驗揭示的循環變形演化規律基礎上，基於不可逆熱力學和小變形連續介質力學框架，建立了合理考慮粘彈性和粘塑性共同發展的粘彈性-粘塑性循環本構模型。（3）在已建立的粘彈性-粘塑性循環本構模型基礎上，引入在較高載入水平和較快載入速率下的聚合物材料外部熱環境、內部熱效應和循環變形之間的耦合作用機制，建立了聚合物材料熱-力耦合的循環本構模型。（4）基於變溫變濕實驗揭示的聚合物材料外部熱環境、內部熱效應、濕分擴散（非Fick擴散）和循環變形之間的耦合作用機制，進一步考慮濕分擴散對熱-力耦合循環變形行為的影響，拓展建立了合理考慮聚合物材料濕-熱-力耦合循環變形特徵的循環本構模型，並驗證了模型的合理性。 濕-熱-力耦合循環本構模型的建立是材料循環本構關係研究的一個重大突破，具有重要的科學意義；同時，研究成果可直接套用於聚合物構件濕熱環境下的疲勞壽命預測和結構可靠性評估，解決迫切的工程需求，從而具有較高的工程套用價值。在資助期內，共發表標註論文21篇，其中SCI 收錄14 篇；授權發明專利3項；已培養博士畢業生2名，碩士畢業生2名；項目主持人受聘為長江學者特聘教授，入選中組部“萬人計畫”領軍人才。
