Anstrengungshypothesen für Polymerwerkstoffe

Zusammenfassung Anstrengungshypothesen für Konstruktionswerkstoffe werden oft aus Annahmen über die für die Werkstoffanstrengung maßgeblichen Kenngrößen aufgestellt, durch experimentelle Ergebnisse über den Fließbeginn des Werkstoffs überprüft und formal auf einen beliebigen Beanspruchungszustand übertragen.Anstrengungshypothesen für polymere Konstruktionswerkstoffe können aus der Theorie des plastischen Potentials gewonnen werden, nach welcher der Fließbeginn des Werkstoffs durch eine Kombination der angelegten Spannungen allein hervorgerufen wird. Das Potential wird aber für den allgemeinen Fall der Anisotropie zur Regulierung der bei Kunststoffen festgestellten plastischen Kompressibilität als Funktion des Spannungstensors angesetzt. Zur Berücksichtigung des Bauschinger-Effekts werden statt der Lastspannungen Gesamtspannungen eingeführt, die als Superposition aus Last- und Eigenspannungen ermittelt werden. Für den Sonderfall der Orthotropie erhält man so 15 unabhängige Stoffwerte, die am exaktesten aus einachsigen Grundversuchen ermittelt werden. Durch Berücksichtigung einer Teilbedingung für plastische Volumenkonstanz kann eine weitere Reduktion der Anisotropiekoeffizienten vorgenommen werden. Der Übergang von der Anisotropie zur Isotropie liefert eine Fließbedingung, in der die zweite Invariante des Spannungsdeviators eine ungerade, nichtlineare Funktion des hydrostatischen Spannungszustandes ist. Als Sonderfälle folgen aus diesem Kriterium die lineare Bedingung von Drucker und Prager sowie der von Misessche Ansatz.

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Summary This paper uses as a starting point the plastic potential for pressure-dependent anisotropic solids. It is proposed that the yielding of an anisotropic material is governed by the distortion tensor of rank 4 and the translation tensor or rank 2. The translation tensor introduced corresponding to residual stress describes both the initial strength differential effect and the Bauschinger phenomenon. The proposed potential leads to an orthotropic yield criterion which seems more fundamental than the Hill condition, even if further modified to account for the pressure dependence of yielding.If the solid is isotropic the anisotropic coefficients can be taken as a linear combination of the isotropic tensor of order 2. The corresponding isotropic potential leads to the non-linear and the linear pressure-dependent von Mises criteria.The yield locus studies of both orthotropic and isotropic polymers support the proposed plastic potential in its prediction of the macroscopic yielding of pressure-dependent solids.

Mit 6 Abbildungen und 1 Tabelle     

断裂分析中的随机有限元方法

以单边裂纹板为例给出计算断裂参数:J(J积分)、δ(裂纹张开位移)、Δc(由裂纹引起的上、下端面的相对位移)、θc(由裂纹引起的上、下端面的相对转角)及其对基本随机变量变化率的随机有限元方法.     

用动态力学分析技术评价TATB/氟聚物复合材料界面

在测定四种TATB/氟聚物复合材料的力学损耗基础上 ,利用三相模型和A参数评估这四种复合材料界面。结果表明 :TATB/氟聚物复合材料界面的分子间作用主要是范德华力 ,并且这种力不能有效阻止该界面的滑移。同时 ,还存在着另一种影响界面力学性能的作用机制 ,这种机制与氟聚物的相态相关。因此改变有关相态可能是提高TATB/氟聚物复合材料力学性能的一条有效途径。     

Analytical estimates of front velocity in the frontal polymerization of thermoset polymers and composites

This note presents approximate analytical expressions for the velocity of the self-propagating reaction front in the frontal polymerization of thermoset polymers and composites. Prior estimates available in the literature for the front velocity have been limited by their applicability to simple reaction kinetics. The improved estimates provided in this work are shown to be applicable to complex reaction kinetics encountered in the frontal polymerization of neat thermoset polymers or fiber-reinforced polymer-matrix composites with a wide range of polymer chemistries, including dicyclopentadiene, cyclooctadiene, acrylates, and epoxies. They are also shown to be applicable to wide range of values of the initial temperature and initial degree of cure of the resin, and of the volume fraction of the reinforcing phase.     

地震原理新论——兼述地震预测的科学基础

地震是给人类造成巨大损失的自然灾害,地震预测是社会广泛关注的重大的科学问题。然而,地震机理还远未认识清楚,当前国际地震界的主流观点认为地震是不可预测的。本文以物理学的新观念为基础, 从新的视角研究地震孕育和发生过程, 提出了对地震原理的新认识, 剖析了地震不可预测论的错误。地震不可预测论产生的根源在于对地震原理的不正确认识以及对自组织临界性的误解。地震具有自组织临界性的特征, 表明不可能对地震作中长期预测, 但短期预测应是可能的。成功预测的前提包括：对地震原理的正确认识, 获得足够的特征前兆信息, 并且掌握相关的地质资料。传统地震学基于固体连续介质理论, 认为地震是地壳岩石的脆性破裂造成, 用所谓“弹性回跳”来表述地震发生机制。此观点与实际观测严重不符, 无法解释诸多地震现象, 自然也不能正确地获取和理解地震前兆信息, 因而得出地震不可预测的结论。作者根据地壳由岩石层块和其间断层泥组成这一基本事实, 将地壳作为离散态体系处理, 用颗粒物理原理认识地震孕育过程。获得的认识是：构造力以力链的方式传播, 岩块以滞滑移动的方式运动。另一方面, 在认真分析地壳岩石强度和构造作用力随深度分布规律基础上,提出地震发生的物理机制是岩石的塑性滑移和岩块运动的堵塞—解堵塞转变。对地震原理这些新认识, 可解释传统地震学无法理解的很多地震学现象, 例如, 消解了传统的“弹性回跳”原理所遭遇的“热流佯谬”, 解释了深源地震的成因等。基于对地震原理的新认识, 提出了如何正确获取地震前兆信息, 实现地震短期预测的途径。     

Upcycling waste PMMA to durable composites via a transesterification-inverse vulcanization process

Poly(methyl methacrylate) (PMMA) is an important commodity polymer having a wide range of applications. Currently, only about 10% of PMMA is recycled. Herein, a simple two-stage process for the chemical upcycling of PMMA is discussed. In this method PMMA is modified by transesterification with a bio-derived, olefin-bearing terpenoid, geraniol. In the second stage, olefin-derivatized PMMA is reacted with sulfur to form a network composite by an inverse vulcanization mechanism. Inverse vulcanization of PGMA with elemental sulfur (90 wt.%) yielded the durable composite PGMA-S . This composite was characterized by NMR spectrometry, IR spectroscopy, elemental analysis, thermogravimetric analysis, and differential scanning calorimetry. Composite water uptake, compressional strength analysis, flexural strength analysis, tensile strength analysis, and thermal recyclability are presented with comparison to current commercial structural materials. PGMA-S exhibits a similar compressive strength (17.5 MPa) to that of Portland cement. PGMA-S demonstrates an impressive flexural strength of 4.76 MPa which exceeds the flexural strength (>3 MPa) of many commercial ordinary Portland cements. This study provides a way to upcycle waste PMMA through combination with a naturally-occurring olefin and industrial waste sulfur to yield composites having mechanical properties competitive with ecologically detrimental legacy building materials.     

冻融循环和不均匀冻胀下寒区隧道的塑性解答

季冻区长期冻融循环造成围岩强度和变形性能劣化,使得寒区隧道易进入塑性状态,且寒区隧道围岩呈现以径向冻胀为主的不均匀冻胀.合理考虑寒区隧道冻融循环对围岩性能的劣化以及围岩的不均匀冻胀属性,基于Mohr-Coulomb准则推导了寒区隧道冻胀力、应力与位移的塑性解答,同时给出相应的弹性解答和冻结围岩弹-塑性状态的判定方法,对所得解答进行讨论和对比验证,最后探讨了冻融循环、不均匀冻胀与体积冻胀率对寒区隧道应力分布、塑性区半径、洞壁位移和冻胀力的影响规律.研究表明:本文解答具有广泛的适用性和良好的可比性,并得到文献塑性解答的退化验证;冻胀力、洞壁位移与塑性区半径随冻融次数增加分别增大20.3%、8.44倍、2.16倍,以量化长期冻融循环造成围岩性能的劣化效应;冻结围岩由均匀冻胀转变为不均匀冻胀时冻胀力增大42.8%,但塑性区半径几乎无变化;4种体积冻胀率参数均显著影响冻胀力,尤其是水热迁移系数可使冻胀力增大123.6%.本文结果可为季冻区隧道设计与冻害问题解决提供一定的理论依据.     

聚乳酸共混改性研究新进展

聚乳酸(PLA)基塑料相比于聚羟基脂肪酸酯、聚氨基酸等生物基塑料具有更佳的抗拉强度、延展性、光泽度和透明度^[1],而相比于传统石油基塑料又具有可完全降解且无毒无害的优点。作为传统石油基塑料的首选替代品,纯PLA塑料也面临着玻璃化转变温度较低、断裂伸长率较差等缺陷,难以完全替代传统石油基材料。因此,自诞生以来,PLA基塑料的改性工作一直是国内外学者的研究热点,其方法主要包括共聚、共混和添加改性剂等。本文主要阐述近些年来PLA共混改性方法的进展,着重分析其方法、特点及应用。最后,对PLA基塑料的发展前景进行了展望。     

电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法测定地球化学样品中的痕量金

采用王水体系对地球化学样品进行水浴消解,聚氨酯泡塑吸附富集,硫脲解脱,电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法测定地球化学样品中的金元素。采用调谐液调节ICP-MS仪器至最佳化,以GAu-11b为标准,单点校正直接测定。对痕量金标准物质(GAu-12、GAu-13、GAu-11b、GAu-10a、GAu-2b、GAu-7b、GAu-8a)的分析结果与标准值相一致,方法相对标准偏差(RSD,n=12)为4.8%~6.7%。方法检出限为0.015ng/g,加标回收率为85.5%~100%。与常规石墨炉原子吸收光谱法测定方法相比较,ICP-MS法操作简单快捷、试剂用量少、信背比高,有利于大批量地球化学样品快速测定。