共混高聚物三种不同动态损伤量化方法的比较

以一种聚丙烯与马来酸酐的接枝共聚物(PP-g-MAH)为相容剂的聚丙烯/ 尼龙共混高聚物为例,在SHPB(Split Hopkinson Pressure Bar)装置上进行了高应变率冲击实验,用三种不同的方法对材料内部的动态损伤演化规律进行了研究.其一以冲击后试样的弹性模量降低来表征损伤演化,得到了其损伤值随应变及应变率变化的曲线;其二以应力响应的降低来表征损伤演化,采用基于ZWT(朱-王-唐)非线性粘弹性模型并引入损伤参量的方法来对大变形条件下本构中损伤部分的贡献进行了量化;其三运用BP(Back-Propagation)神经网络技术,预先不作任何本构假定,只根据SHPB试验数据,通过不同的输入输出模式对PP/PA共混高聚物在冲击载荷下的本构响应和损伤演化规律等进行了辨识.在此基础上,对三种不同角度得出的损伤演化研究结果进行了比较和讨论.     

高应变率下计及损伤演化的材料动态本构行为

材料在高速变形过程中常常伴有不同形式的内部缺陷或微损伤的演化。大量的实验观察表明,损伤演化同时依赖于应变、应变率和温度,而且高应变率和低温之间有某种等价性。由此基于热激活机制,提出了同时依赖于应变率和应变的微损伤演化律,及相应的计及损伤弱化效应的率型本构关系。以聚丙烯/尼龙（PP/PA）共混高聚物为例,具体研究了其计及损伤演化的ZWT本构关系,并区分其率相关的本构响应及率相关的损伤演化响应。     

PP/PA共混高聚物在高应变率下的热粘弹性本构关系和时温等效性

采用Instron1342电液伺服试验机和改进的SHPB技术对以113材料为例的PP/PA共混高聚物进行了应变率在10-4~103 s-1宽广范围,温度为25、40、60、80 ℃下的一维应力力学性能试验。结果表明,这类共混高聚物的力学响应对温度和应变率都是敏感的。以朱-王-唐非线性粘弹性本构方程来描述这类PP/PA共混高聚物的力学响应,并拟合得到了其热粘弹性本构参数,理论预言与试验结果在应变小于7%时吻合良好。对113材料20~80 ℃温度范围内不同应变率下的试验结果进行分析,证明PP/PA共混高聚物存在率温等效关系,提高温度和增加作用时间（减小应变率）的效果相当,反之,降低温度与减少作用时间（提高应变率）的效果相当。通过引入量纲一参量Z,使应变率d/dt、温度T这2个参量归结为统一的Z参量,从而得到了体现时温等效性的统一曲线。     

水泥砂浆的一个热粘弹性率型损伤本构模型

利用SHPB实验系统及自行研制的混凝土类材料快速高温加热设备,对水泥砂浆试件进行了不同 温度(20~600℃)和3种冲击速度下的实验,得到了不同温度和冲击速度下水泥砂浆试件的应力应变关系曲 线。基于ZWT粘弹性本构模型,并且考虑高温下水泥砂浆损伤演化规律都服从Weibull分布,提出了一个水 泥砂浆的热粘弹性率型损伤本构模型。通过数据拟合,获得了本构模型的相关参数,结果表明:理论预测和实 验结果吻合良好。     

有机玻璃在高应变率下的损伤型非线性粘弹性本构关系及破坏准则

对两种有机玻璃高应变率下的大变形和破坏行为进行了实验研究,通过改进文献[2]本构关系的非线性弹性项并引入损伤参量,建立了一个适用于更大变形范围、能描述应力平台及本构失稳的损伤型非线性粘弹性本构方程。相应地,从临界损伤量概念出发,提出以应变和应变率为控制变量的破坏准则。不论是本构关系还是破坏准则,理论计算均与试验结果吻合良好。     

有机玻璃在高应变率下的损伤型非线性粘弹性本构关系及破坏准则

对两种有机玻璃高应变率下的大变形和破坏行为进行了实验研究,通过改进文献[2]本构关系的非线性弹性项并引入损伤参量,建立了一个适用于更大变形范围、能描述“应力平台”及“本构失稳”的损伤型非线性粘弹性本构方程。相应地,从临界损伤量概念出发,提出以应变和应变率为控制变量的破坏准则。不论是本构关系还是破坏准则,理论计算均与试验结果吻合良好。     

冲击载荷下混凝土材料的动态本构关系

利用改装的杆径为 74mm的直锥变截面式大尺寸Hopkinson压杆对混凝土材料进行冲击压缩实验 ,系统研究了混凝土的应变率硬化效应 ,采用一种新的方法损伤冻结法对混凝土材料在冲击载荷下的损伤软化效应进行了系统研究 ,给出了冲击载荷下混凝土的损伤演化方程 ;在对数据进行合理分析的基础上 ,结合粘弹性本构理论 ,得到混凝土材料的损伤型线性粘弹性本构关系。     

高聚物的摩擦和磨损

高聚物的摩擦数据变化甚大,作者认为其主要原因是高聚物的粘弹性。利用弹簧-粘盘的力学模型描述了高聚物的粘弹性,根据高聚物的动态力学性能论述了高聚物摩擦性能与粘弹性的关系。并指出,当材料的摩擦系数随滑动速度的提高而下降时,摩擦体系将会发生振动、噪音和粘-滑现象。 在材料手册中至今尚无高聚物的磨损数据。目前设计者对PV值较感兴趣,作者认为手册中的PV值不能真实地表示材料的性能,只有在确定温度条件下的PV值才有意义。同时介绍了摩擦表面上温度升高值的经验公式和几种测量摩擦温度的方法,并对高聚物的磨损特性作了论述。     

多孔硅橡胶有限变形的粘弹性行为

针对孔隙度较大（孔隙度大于50％）的硅橡胶材料在有限变形时的粘弹性行为，从建立描述材料粘弹性特征的松驰函数和变形特征的应变能函数出发，提出了适合多孔隙、可压硅橡胶材料的非线性粘弹性力学行为的本构关系，松驰函数和应变能函数可解耦为等容和体积变形两部分，并引入了拟时间的概念来反映变形对材料特征时间的影响，利用硅橡胶材料的单轴压缩松驰实验与材料模型进行了对比，讨论了多孔硅橡胶的等容变形和体积变形对应力松驰的影响。     

一种变温非线性粘弹性理论

实验表明,在高温下,某些金属材料呈非线性粘弹性：对不同的应变增量,材料有不同的瞬时弹性模量,所产生的应力沿不同的松弛曲线松弛。该了表述材料这一力学行为的变温非线性粘弹性本构方程,它可用于在高温和变温下工作的构件（如模具）的变形计算。     

PMMA材料的动态压缩力学特性及应变率相关本构模型研究

利用INSTRON万能试验机和分离式Hopkinson压杆(SHPB)对PMMA试件在较宽应变率范围内进行了单轴压缩实验,研究加载应变率对PMMA材料力学性能的影响.利用扫描电子显微镜对回收的试样进行了显微观察,重点分析不同加载应变率下PMMA的微观损伤破坏模式.结果表明:随着应变率的增大,PMMA的流动应力显著地增加,且冲击加载条件下,峰值应力的应变率敏感性明显高于准静态;在准静态加载条件下,PMMA试样呈现明显的延性破坏特征,在动态加载条件下则表现为脆性破坏.最后,对PMMA材料的ZWT粘弹性本构模型参数进行了拟合,拟合结果与实验结果吻合较好,表明该本构模型能够较好地描述较宽应变率范围内PMMA材料的应力应变关系.     

Viscoelasticity and viscoplasticity of polypropylene/polyethylene blends

Observations are reported on polypropylene/polyethylene blends with various concentrations of components in uniaxial tensile tests with constant strain rates, relaxation tests, and creep tests at room temperature. A model is developed for the viscoelastic and viscoplastic responses of polymer blends at arbitrary three-dimensional deformation with small strains. Material constants in the constitutive equations are determined by fitting the experimental data. It is found that all adjustable parameters evolve with blend composition following an analog of the rule of mixture. Lifetime of blends under condition of creep rupture is evaluated by numerical simulation.     

基于ZWT方程的线黏弹性球面波分析

针对时间尺度为1~100 s的爆炸冲击加载,忽略低频Maxwell体的松弛效应,同时为简化分析,忽略非线性弹簧效应项,推导了三维应力状态下的线黏弹性ZWT本构关系。基于球面波的基本动力学方程,结合ZWT线黏弹性本构关系,得到了以位移u表征的三阶波动方程。利用该方程分析固体介质中线黏弹性球面波传播过程中的吸收和弥散现象,得知:高频球面波的衰减因子趋于常数,相速趋于高频下的纵波速度;低频球面波的衰减因子和圆频率的平方成正比,其相速趋于低频下的纵波速度;低频球面波的纵波波速低于高频球面波的纵波波速,两者的比值和介质的泊松比、弹性模量及Maxwell体弹性模量相关。     

液滴在大振幅振荡剪切流动中的非线性行为研究

利用YB模型预测了黏性液滴在黏性基质中的形状和取向的非线性变化，并对比前人 的理论和实验工作，讨论了YB模型大振幅剪切流场中的适用性. 还着重 讨论了非线性行为的评估，提出了``峰高比加和法'和``峰面积 比加和法'两种新的评估方法.     

Nonlinear damage model for seismic damage assessment of reinforced concrete frame members and structures

A nonlinear damage model based on the combination of deformation and hysteretic energy and its validation with experiments are presented. Also, a combination parameter is defined to consider the mutual effect of deformation and hysteretic energy for different types of components in different loading stages. Four reinforced concrete (RC) columns are simulated and analyzed using the nonlinear damage model. The results indicate that the damage evolution evaluated by the model agrees well with the experimental phenomenon. Furthermore, the seismic damage evolution of a six-story RC frame was analyzed, revealing four typical failure modes according to the interstory drift distribution of the structure; the damage values calculated using the nonlinear damage model agree well with the four typical failure modes.     

Visco-plastic flow and the tresca yield condition

This paper is concerned with a rigid visco-plastic solid which obeys the Tresca yield condition and an associated flow rule. Generalizations of both linear and nonlinear relationships between the rate of deformation and shearing stress in excess of the yield for simple shear flow are obtained from a complementary function. The visco-plastic flow of a clamped circular plate is considered as an application.