含夹杂高聚物水工复合材料力学性能的研究

论文题目: 含夹杂高聚物水工复合材料力学性能的研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 水利水电工程

作者: 袁敏

导师: 陈建康

关键词: 微孔塑料,气泡内压,宏观本构关系,复合材料,能量耗散,损伤变量,微损伤演化

文献来源: 扬州大学

发表年度: 2005

论文摘要: 近年来，由于具有优异的力学性能，高聚物复合材料在水利工程中的应用倍受人们的关注。本文选取具有微孔洞内压的低发泡微孔塑料和刚性粒子填充高聚物复合材料作为研究对象，首先从理论方面较为系统地研究了具有内压微孔洞的长大规律、微孔塑料的宏观本构关系和Poisson比；其次，还研究了粒子填充高聚物复合材料的粘性耗散能和损伤耗散能及其对材料改性的影响；最后，分析了在低三轴度应力条件下，粒子填充高聚物材料的宏观本构关系。粘弹性材料中微孔洞长大规律是材料破坏机理研究中的基本问题之一。因此，本文采用细观力学的方法，首先研究了无限大线性粘弹性基体材料中具有内压微孔洞的长大规律，得到它的一般表达式，可以看出粘弹性材料中微孔洞的应变既与远场应变历史有关，也与微孔洞的内压有关。以此为基础，本文还研究了具有微孔洞内压低发泡微孔塑料的宏观本构关系以及它们的Poisson比表达式。从表达式的形式可以看出，微孔洞内压对微孔洞的应变、微孔塑料的宏观本构关系以及材料的Poisson比都有影响。随后，通过理论分析和数值计算的结果表明：当加载速率较小或者加载时间较短的条件下，微孔洞内压对材料的宏观本构关系和Poisson比的影响是不能忽略的，而且这种影响与加载方式有关。在本文中，研究了材料的Poisson比出现负值、奇异等现象及其出现的原因，最后给出了材料Poisson比出现常数的几种情况。其次，本文结合微孔洞长大规律，对刚性粒子填充高聚物复合材料的能量耗散进行了探讨。根据耗散机制的不同，材料的能量耗散主要有损伤耗散和粘性耗散两种形式。本文导出了在高三轴度应力条件下，材料损伤耗散能和粘性耗散能的具体表达式。此外，还使用损伤变量(孔隙度)表征材料的损伤，基体材料的粘性应变表征材料的粘性效应，最后得到它们之间的关系式。根据此表达式和数值计算的结果，表明了材料的损伤耗散能和粘性耗散能是相互耦合、相互关系的。由于在低三轴度应力场条件下，粒子填充高聚物材料中粒子的脱粘形式一般为部分脱粘。因此，本文结合微孔洞成核判据、成核率密度和微孔洞长大规律的分析结果，采用细观力学的方法，还研究了粒子部分脱粘时，材料在单向拉伸条件下的本构关系，导出了含微损伤演化的材料宏观本构关系的具体表达式。随后进行数值计算，讨论加载速率、粒子形态参数等对材料宏观本构关系的影响。本文的工作可望给水利工程使用的高聚物复合材料的改性设计提供理论依据。

论文目录:

摘要

Abstract

物理量名称及符号表

第一章 绪论

1 引言

2 复合材料在水利工程中的运用

3 微孔塑料研究概述

4 复合材料宏观本构关系的研究

5 材料负Poisson比的研究

6 刚性粒子增强复合材料的增韧理论以及微损伤演化规律

7 本文的工作

参考文献

第二章 基于考虑气泡内压的微孔塑料本构模型

1 引言

2 微孔塑料的孔洞变形分析

3 低发泡微孔塑料本构关系的理论研究

4 数值结果与讨论

5 本章小结

参考文献

第三章 微孔塑料的Poisson比研究

1 引言

2 远场为单向应力条件下材料的宏观应变

3 低发泡微孔塑料的Poisson比

4 孔洞内压对微孔塑料Poisson比的影响

4.1 微孔塑料无微孔洞内压

4.2 微孔塑料有微孔洞内压

4.3 微孔塑料Poisson比为常数的情况

5 本章小结

参考文献

第四章 孔洞内压对材料应力三轴度的影响

1 引言

2 材料破坏形式与应力状态的关系

3 问题的提出与有限元模型的建立

4 有限元计算与讨论

5 本章小结

参考文献

第五章 粒子填充高聚物复合材料粘性耗散与损伤耗散的耦合关系

1 引言

2 复合材料损伤耗散能的求解

2.1 研究方法

2.2 复合材料损伤耗散的求解

2.3 材料粘性耗散能的求解

2.4 材料弹性应变能的求解

2.5 粒子平均耐力的求解

3 损伤能量耗散与粘性能量耗散的耦合关系

3.1 反应损伤的变量与反应粘性应变的变量之间的耦合关系

3.2 损伤耗散能与粘性耗散能之间的耦合关系

4 数值结果与讨论

5 本章小结

参考文献

第六章 含部分脱粘孔洞粒子填充高聚物材料的宏观本构关系

1 引言

2 部分脱粘微孔洞的应变

3 含部分脱粘孔洞材料的宏观本构关系

4 数值结果与讨论

5 本章小结

参考文献

第七章 本文总结

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

发布时间: 2007-11-21

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