《玻璃態高分子複合型裂紋端部銀紋化機理研究》是依託西安交通大學，由李慧敏擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：玻璃態高分子複合型裂紋端部銀紋化機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李慧敏
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目擬通過複合載入斷裂實驗和非接觸式三維光學系統，分析測量玻璃態高分子材料裂紋臨界擴展過程中的應變場，得到用應變表征的複合斷裂參數；利用掃描電鏡原位觀測技術，分析不同複合度對裂尖銀紋形態、厚度和密度的影響，研究裂尖銀紋化機理；針對玻璃態高分子大變形和屈服後軟化的特點，對我們現有的計算程式進行改進，計算複合載入下的裂尖應力應變場，並與測量結果進行對比分析。最後結合巨觀斷裂參數、銀紋化機理研究和數值計算結果，給出一個與裂尖應變、銀紋厚度和密度有關的複合斷裂模型，將玻璃態高分子的巨觀斷裂行為與銀紋化機理聯繫起來，得到更為合適的斷裂控制參數。該研究成果可為相關結構的失效分析提供指導。
結題摘要
與金屬材料相比，高分子材料的研究相對較少，尤其是複合型斷裂。研究聚合物，研究方法也大多採用金屬的，而且由於複合斷裂的複雜性，理論研究較難開展，更多的則是要藉助實驗和數值手段。本項目通過複合載入斷裂實驗、電鏡原位觀測技術和數值方法，研究了高分子材料複合型裂紋端部銀紋化機理及其影響因素，進而建立相關的複合斷裂參數，為結構失效分析提供部分基礎。得到的主要結論有：（1）對含有單邊裂紋的緊湊拉伸剪下試樣開展I型和I-II複合型斷裂實驗，採用非接觸式CCD測量系統全程監測複合斷裂過程，定義了一個參數KQ，發現KQ與載入角度無關，近似為一個常數。將實驗過程中CCD拍攝到的圖片用自編程式進行處理，可以得到不同載入角度下裂紋尖端在臨界狀態的應變場。發現臨界起裂時，位於裂紋尖端的最大真應變的大小和方向與載入角度無關，始終近似為一常數，並且這個真應變的方向與我們直接測量得到的和最大周向應力計算得到的裂紋初始起裂角度相一致。（2）採用基礎功法研究了聚合物雙邊缺口試樣的斷裂韌性。隨著韌帶長度的減小，載荷-位移曲線下的面積也逐漸減小，也就是說，試樣斷裂所需要的功逐漸減小。計算載荷-位移曲線下的面積，根據基礎功的表達式，可得到不同載入角度下的斷裂基礎功we。隨著載入角的逐漸減小，we呈不斷增大趨勢。這樣的結果表明，剪下成分的存在可以提高聚合物材料的韌性。另外，隨著載入角度的減小，臨界擴展角呈明顯增加趨勢，表明裂紋擴展的方向越發偏離於初始裂紋方向。原位觀測結果表明：裂紋尖端的銀紋總是要經歷萌生、聚合和擴展三個階段，不同的載入角度決定了銀紋達到同樣的演化階段時所受到的外載入荷不同，且銀紋所聚合成的微裂紋方向不相同，從而導致不同的裂紋擴展方向。（3）採用數值方法研究了應變軟化高分子材料中裂紋與孔洞的相互作用，考慮了孔洞形狀改變對裂尖應力場、變形場和塑性耗散功的影響。結果表明：不管孔洞形狀如何改變，孔洞沿著裂紋方向的長大速度總是快於其它方向，這是裂紋對孔洞直接作用的結果。裂紋面上的正應力在扁長形孔洞時值最高，但扁圓形孔洞情況下發生塑性變形的區域最大，因此具有較高的塑性耗散功。
