高聚物计及损伤演化的动态变形和断裂

实验结果表明：高聚物在高应变率下的率相关的变形过程通常伴随着内部损伤的演化，这种演化导致了高聚物的最后断裂．采用改进了的熔丝网络模型及蒙特卡罗随机方法进行的数值模拟以及基于热激活机理所作的分析，得出了率相关的损伤演化律．相应地导出了计及损伤的率相关的非线性粘弹性本构关系，以考虑损伤弱化效应．进而提出了一个动态断裂判据，其同时与应变、应变率相关。采用SHPB技术与反向传播神经网络相结合的新方法，进一步证实了上述主要结果．     

ZWT非线性热粘弹性本构关系的研究与应用

回顾和介绍了源于高分子材料非线性热粘弹性本构特性研究的ZWT（朱玉唐）本构模型。该模型揭示了高聚物在跨越准静态到冲击动态8个量级应变率范围和大应变下的本构非线性来自纯弹性响应而其率相关响应基本呈线性;发现准静响应和高应变率响应分别由各自的特征松弛时间控制,而各自的影响域仅为4．5个量级应变率;在同时考虑湿度效应后发展了非线性热粘弹性本构模型,并建立了相应的时间／速率与温度间的互换／等效关系;实验证实ZWT方程对热固性塑料、热塑性塑料和高聚物基复合材料都适用,并可推广到混凝土;在研究了材料内部损伤在冲击大变形下的率相关抽伤学化律后,进一步提出了计及损伤率型演化的ZWT方程和相应的双变量（应变、应变率）动态破坏准则;基于ZWT方程研究了粘弹性波的弥散和衰减特性,指出存在一个由高应变率松驰时间占统治地位的“有效传播时间”或“有效传播距离”;进而一方面提出了一个确定高聚物在高应变下粘弹性本构方程的反问题解法,另一方面把传统的SHPB弹性压杆技术推广到粘弹性压杆,从而可对低波阻抗材料进行冲击试验研究。     

高聚物PMMA的受力变形行为与粘弹－塑性本构理论模型

对高聚物ＰＭＭＡ实验测定了不同（Ｔ，ε）的单轴加卸载循环的应力－应变曲线。讨论了应力促进热激活塑性变形的活化粘壶理论和塑性变形的发展规律。提出由ＳＬＳ或ＭＳ与活化粘壶作串联耦合的粘弹－塑性本构理论模型，给出了微分和积分形式的本构方程组，用于拟合求解加卸载循环的应力－应变曲线，获得良好吻合的结果。详细讨论了ＰＭＭＡ在加载过程中的受力变形行为，包括起始加载的粘弹性变形，ε＿ｖ和ε＿ｐ的互相挤占，屈服点，以及屈服后应变软化和硬化的抗衡过程。对应变软化－硬化效应提出一种新的起因于粘弹变形内禀滞后效应的理论解释，并定名为粘弹软化－强化效应。对所包含的粘弹变形成分，从Ｅ＿ｖ的移位因子和归一化应力－应变主曲线两方面，讨论了可能存在的率温等效关系。     

玻璃态高聚物PMMA非线性粘弹-塑性本构方程的恒应变率近似解析解

本文基于粘弹-塑性耦合的本构理论模型和玻璃态高聚物PMMA在室温(T=298 K)和应变率ε=1.0×10~(-4)-1.0×10~(-1)s~(-1)范围内实测的单轴压缩加卸载循环的应力-应变曲线,给出了非线性粘弹-塑性本构方程在恒定应变率条件下的一个近似解析解,理论计算与实测的应力-应变曲线比较结果表明:在上述试验条件范围,吻合情况十分良好。     

高应变率下高聚物本构模型的BP神经网络辨识

利用SHPB技术和自编的BP神经网络程序,以尼龙为代表性研究对象,对高聚物在高应变率下的本构模型进行了辨识,研究表明：在应变小于7％范围内,以应变与应变率作为输入,以应力作为输出,BP神经网络能满意地辨识高聚物的动态本构模型;而当应变大于7％时,除应变和应变率外可取时间作为表征损伤演化的反函数共同作为输入,以应力作为输出,能获得满意的结果。     

冲击载荷下高聚物动态本构关系对粘弹性波传播特性的影响

从广泛适用于工程塑料的ＺＷＴ非线性粘弹性本构方程出发，研究了冲击载荷下粘弹性波传播特性与本构特性间的相互依赖和影响。以有机玻璃、聚碳酸酯和环氧树脂为实例，通过数值模拟，对粘弹性波的传播特性作了分析比较。建议了一个在准静态试验基础上，通过测量粘弹性波两个主要传播特性参数（特征波速和衰减因子）来确定高聚物高应变率下动态本构方程的方法。理论预示和实验结果相符。     

国产航空有机玻璃(PMMA)的非线性应力松弛行为研究

实验测定了国产航空有机玻璃PMMA在室温(20℃)、3—20.45％应变量范围内的应力松驰曲线。将用于表述中低应变率下加卸载循环的应力—应变行为的非线性本构理论,也即以考虑弹性和粘弹性变形的标准线性体和考虑塑性变形的活化粘壶作串联耦合的本构模型扩展应用到应力松弛状态,给出了相应的本构理论方程。对实验测得的应力松弛曲线进行数值拟合计算,吻合结果良好。表明所提出的本构模型也适用于描述PMMA的非线性应力松弛行为。得到了平衡态的应力一应变曲线,曲线的单调变化,表明不存在屈服极大值及以后的应变软化效应。     

描述橡胶粘超弹性的一个本构模型

提出了一个粘超弹性本构方程用于描述在高应变率下的行为。本构模型由两个部分组成：一个表征准静态超弹性特性，另一个描述非线性应变率相关行为。其6个材料参量由实验数据拟合确定，基于这一材料模型，数值模拟橡胶垫片受冲击载荷的3维动态响应计算结果和实验记录是一致的。     

有限变形的三维粘弹性本构模型(英文)

遗传积分形式与弹性元件和粘壶串并联表示的微分形式可以描述高聚物小变形情况下的粘弹性特性.文章以这些小变形的本构模型为起点,推出有限变形下的本构模型.一个有限变形过程分解成一系列微小变形子过程.小变形子过程中,应力的转动变化由弹性本构方程确定,主应力的变化由弹性元件和粘壶串并联结构的模型确定,这样提出了一个满足客观性原理的有限变形的粘弹性本构模型.模型材料参数随应变率而变,所以模型适合于从准静态到冲击载荷的较宽应变率范围.作为应用,计算了简单剪切有限变形,就建议的模型与现有的模型进行了比较,结果表明建议的模型能够描述高聚物有限变形情况下的粘弹性性质.     

2种不同相容剂的PP/PA共混高聚物动态损伤演化的模量表现

对含2种不同相容剂的PP／PA共混高聚物试样进行了高应变率冲击试验,以冲击后试样的模量变化来表征损伤演化,借助于“损伤冻结”的方法来控制总应变,分别得到了其损伤值随应变及应变率变化的曲线．试验表明,共混高聚物的损伤发展存在一个应变阈值(大约在4％-6％之间);超过阈值后,损伤值随应变和应变率的升高均有所增加,其中应变增加对其损伤发展的影响占有主导地位,相比而言,112^#(以PP—g—MAH为相容剂)比113^#(以TPE—g为相容剂)的损伤演化更为迅速．     

各向同性及随动硬化材料在有限弹塑性变形情况下的本构关系

提出一种修正的随动硬化材料塑性应变关联流动律,一个有限弹塑性变形过程被分解成许多小变形子过程,子过程中的应力响应被研究,研究表明子过程中的应变增量有两部分组成,只有其中一部分影响应力,结果,各向同性及随动硬化材料在有限弹塑性变形时的本构关系被提出,最后,对新本构关系与其它理论的本构关系作了比较,计算了简单剪切变形的应力。     

软黏土速率势固结蠕变模型及其温度效应修正

沿海公路和港口堤坝等工程的长期沉降与软黏土的固结蠕变特性密切相关. 速率势模型是软黏土固结蠕变特性研究的重要组成部分. 在梳理Mesri团队和Leroueil团队研究成果的基础上, 从弹性应变、微观结构和温度3方面探讨了速率势模型的适用性. 考虑到温度对软黏土固结蠕变特性的影响, 提出了耦合温度的软黏土速率势模型. 主要结论有: 速率势模型中的速率指不可恢复的塑性应变而不是总应变; 在以极低的应变速率进行加载时, 软黏土微观结构的恢复会对速率势模型的合理性产生影响; 速率势模型对于常温条件下的软土工程问题分析基本适用; 由于温度对软黏土固结蠕变特性产生较明显影响, 考虑温度的速率势模型具有更广泛的适用性.     

增容剂对PP/PA共混体系动态力学性能的影响

采用2种不同的增容剂对PP／PA共混体系进行增容：PP与马来酸酐的接枝共聚物PP—g—MAH和接枝改性的热塑性弹性体TPE—g．并对它们应变率从10^-4s^-1到100s^-1范围内的力学性能进行了研究．试验结果表明：采用PP—g—MAH作增容剂的PP／PA两元体系，在高应变率冲击条件下，界面损伤演化加速，应变约6％时即发生宏观应力应变曲线软化，应变率约2000s^-1，应变约23％时即发生剪切破坏．采用TPE—g界面相容剂的PP／PA两元体系，由于形成分散相为核，界面相容剂为柔性壳的核壳结构，在尼龙粒子及壳层的协同作用下，使该共混体系的韧性得到大幅度提高．该体系在应变率高于3500s^-1，应变约45％时才发生剪切破坏．断裂时单位体积吸收能量大幅度提高．     

国产航空有机玻璃(PMMA)的压缩应力-应变行为研究 Ⅰ.试验方法和试验结果

本文以飞机座舱透明体经受鸟撞击的损伤分析为背景,详细报道了透明体材料——3~#航空有机玻璃在不同温度和中、低应变率下的单轴压缩应力-应变行为的实验测试结果。给出了6个温度和7个应变率档次,共41组试验的加卸载循环的应力-应变表征曲线,并对采用的试验方法和结果的可靠性及其精确度作了广泛的讨论说明。     

聚乙烯的玻璃化转变温度的计算

本文提出了一种计算无定形高聚物玻瑞化转变沮度(T,)的方法,利用稀溶液中高分子单链的配分函数,能够确定它的T,·本文利用用构象的完全计算法得到的聚乙烯单链的配分函数,计算了聚乙烯单链的二级相变沮度)和聚集态聚乙烯的玻璐化转变温度(T,),T,的值与实验值相当接近.     

砂土场地中直埋热力管道热力学特性试验研究

为研究砂土场地中管道温度变化影响下管体与土体的热力学特性, 设计了一种直埋热力管道温度变化模型试验及测试系统, 较为系统地研究了砂土场地中直埋热力管道运行时的管土热力学特性. 结果表明: 在管道升温过程中, 管道上部土体温度增长速率和幅度均大于管道侧边及底部土体温度; 土体孔压随温度上升而增大, 在温度稳定后逐渐消散; 管体应变在温度上升时因膨胀而变大, 随后回落, 并维持在一定值, 其中环向应变大于轴向应变.     

混凝土弹塑性破坏计算模型

根据混凝土破坏面的几何特性,本文提出了改进的混凝土五参数椭圆抛物面破坏准则,并给出了混凝土线性混合强化弹塑性本构关系,有关计算参数可方便地采用试验指标确定。本文理论同试验资料吻合较好,采用的屈服与破坏准则消除了某些常用屈服面的奇异性,使计算处理简化,描述准确。     

脆性基体复合材料层板弯曲破坏的数值模拟

讨论了复合材料层板的弯曲破坏问题,纤维层是正交异性弹性体,而基体为脆性损伤材料。提出了一种脆性损伤模型,虽是各向同性连续损伤模型,但利用等效损伤应变的定义,可以区分拉、压和剪切对损伤的不同响应。用有限元法数值模拟了如下现象,一旦基体出现临界损伤,弯曲载荷则从最大值急速下降,同时基体的临界损伤区很快扩展,并且发生局部纤维断裂,从而使复合材料层板几乎失去了承弯能力,整体呈脆性特性。为便于了解破坏过程,给出了若干状态时板内的应力等值线分布图。