论文摘要
聚碳酸酯(Polycarbonate)是一种综合性能优良的热塑性工程塑料,其制品具有良好的透光性、抗冲击性能和成形加工性能,已经应用到社会的各个领域。采用热成形方法可以制备厚壁、大尺寸、复杂形面PC制品,但由于影响制件质量的各工艺参数之间有着极强的牵制关系,即当改变一个参数时相当于多个参数同时改变,故只通过实验来研究PC制品的成形,虽然可以起到较精确地指导作用,但会耗费大量的财力、人力、物力,且因耗费大量时间而延误PC制品的生产。有限元仿真技术以其高效低成本等优势广泛应用于板料成形领域。然而现有商用有限元软件在大多数高分子材料成形过程的数值模拟中,没有预测制品成形极限的断裂准则,所以不能准确获得板材破裂的时刻和位置。为了通过数值模拟能够预测PC板材的破裂,需要建立与PC板材相适应的断裂准则。这样不仅可为利用有限元对高质量、厚壁、大尺寸热成形PC制品进行准确的数值模拟提供必要条件,更能为聚碳酸酯在各个领域的广泛应用起到更大的作用。大多数材质的断裂准则虽然都是从能量的角度进行研究的,但不同材质的韧性断裂准则的数学模型是不同的,本文通过对国内外韧性断裂准则以及韧性断裂机理的研究,建立了适用于聚碳酸酯板材且考虑静水应力的韧性断裂准则。虽然不同韧性断裂准则的参数个数和各参数的具体数值各不相同,但确定参数的方法一般只有三种,本文采用实验与数值模拟相结合的方法来确定PC板材韧性断裂准则的参数。首先在不同温度下(130℃、140℃、150℃)进行了拉伸实验和胀形实验,之后将拉伸实验得到的试件延伸率和胀形实验得到的试件顶点位移作为模拟的边界条件,利用ABAQUS有限元分析软件分别进行了与实验相同条件的的拉伸和胀形数值模拟。将模拟达到设定的边界条件时的应力、应变数值代入韧性断裂准则,计算出了韧性断裂准则的参数。对ABAQUS进行二次开发,用Fortran语言编写出了PC板材韧性断裂准则的ABAQUS用户材料子程序,并将子程序嵌入到了ABAQUS中。为了验证本文建立的PC板材韧性断裂准则以及编写的子程序的正确性,分别在130℃、120℃、25℃下PC板材的拉伸过程及130℃下的胀形过程进行了数值模拟,并将模拟结果与试验结果进行了比较。