【摘要】：印刷油墨是一種分散體系,具有復(fù)雜的流變行為,表現(xiàn)出明顯的觸變性、屈服應(yīng)力、老化以及剪切年輕化現(xiàn)象。油墨的流變屬性是與其受力歷史相關(guān)的,具有記憶特性。通過施加大應(yīng)力的預(yù)剪切作用,能夠消除所有受力歷史的影響,建立標(biāo)準(zhǔn)的測試狀態(tài)。在流動結(jié)束后,靜置的油墨開始經(jīng)歷老化過程,其結(jié)構(gòu)開始重構(gòu),從液態(tài)向微弱固體轉(zhuǎn)變(sol-gel轉(zhuǎn)變)。溫度越高,轉(zhuǎn)變發(fā)生的時間越快。在自然老化狀態(tài),油墨彈性模量可用拉伸指數(shù)模型描述。剪切作用會阻礙油墨的老化,使其年輕化。引入無量綱指數(shù)來表征印刷油墨的老化行為,通過時間尺度的變化,不同老化時間下的柔量曲線可以疊加成一條主曲線。我國將10wt%濃度的彈道明膠作為創(chuàng)傷彈道研究的標(biāo)準(zhǔn)靶標(biāo),用來模擬武器彈藥在生物體內(nèi)的創(chuàng)傷效果,評估槍彈的終端性能。彈道明膠的力學(xué)和流變屬性直接影響到輕武器設(shè)計的評估結(jié)果。研究彈道明膠的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性(老化行為)、黏彈性、大變形和破裂等力學(xué)行為具有重要的應(yīng)用價值。本文以10wt%濃度的彈道明膠為主要研究對象,通過震蕩、蠕變、剪切、壓縮等實驗研究其老化與力學(xué)行為,為彈道實驗時的靶標(biāo)性質(zhì)提供實用可靠的預(yù)測依據(jù),為建立具有工程實用性和物理意義明確的輕武器殺傷機(jī)理和殺傷效能模型提供必要的力學(xué)參數(shù)和材料函數(shù)。彈道明膠具有明顯的老化行為,其結(jié)構(gòu)隨時間演化可達(dá)數(shù)月之久。溫度改變會引起彈道明膠的sol-gel相互轉(zhuǎn)變。在不同溫度下,彈道明膠的等溫老化的彈性模量具自相似性。在給定的老化時間,彈性模量與溫度近似成線性關(guān)系,且交匯于sol-gel轉(zhuǎn)換點附近。根據(jù)分子鏈的二級反應(yīng)動力學(xué)模型,引入一個老化速率常數(shù),構(gòu)建了一個描述彈道明膠在老化初級階段(小于24小時)的彈性模量演化模型。老化速率常數(shù)與溫度和過冷度的關(guān)系符合Flory-Weaver復(fù)性方程。通過對模量和時間進(jìn)行無量綱化,不同溫度下的老化曲線可疊加成一條主曲線。引入應(yīng)變能密度來考察剪切過程對彈道明膠老化的影響。實驗結(jié)果表明在某一溫度下,存在一個臨界應(yīng)變能密度。當(dāng)應(yīng)變能密度小于該臨界值時,剪切對彈道明膠的老化影響可以忽略。當(dāng)應(yīng)變能密度大于該臨界值時,剪切使得彈道明膠老化速率常數(shù)減少,對應(yīng)老化過程變緩,即剪切能夠?qū)崿F(xiàn)彈道明膠的年輕化。從彈道明膠的整個老化過程來觀察,剪切所引起的年輕化行為是暫時的。隨著老化時間增加,這種年輕化行為會逐漸趨近于自然狀態(tài)下的老化過程。在不同的時間尺度下,明膠展現(xiàn)不同的黏彈性行為。通過對蠕變實驗結(jié)果的分析,采用Burgers模型來描述彈道明膠的線性黏彈性行為。對某一應(yīng)力下的蠕變實驗結(jié)果進(jìn)行擬合,得到模型的4個參數(shù)值。對三組不同應(yīng)力下的蠕變曲線進(jìn)行尺度變換,得到一條主曲線,用同一參數(shù)的模型對主曲線和松弛模量進(jìn)行預(yù)測。結(jié)果表明Burgers模型能較好的預(yù)測彈道明膠在中等時間尺度下的蠕變和應(yīng)力松弛行為。彈道明膠具有超彈性行為,在破裂之前能夠承受大的剪切或壓縮彈性變形,應(yīng)力-應(yīng)變曲線展現(xiàn)出應(yīng)變硬化的特征。通過對常用大變形本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行比較分析,可以用BST和ER本構(gòu)關(guān)系來表征它的大變形行為。由于存在微觀缺陷,彈道明膠的破裂具有一定的隨機(jī)性。在簡單剪切和單軸壓縮實驗中,破裂應(yīng)力數(shù)據(jù)出現(xiàn)多分散性,破裂應(yīng)變在較小的范圍內(nèi)變化。應(yīng)變速率和溫度變化對破裂應(yīng)力和破裂應(yīng)變有較明顯的影響。通過對應(yīng)力張量進(jìn)行變化,求出破裂時的最大剪切應(yīng)力,發(fā)現(xiàn)低應(yīng)變速率下彈道明膠的破裂行為可以用Mohr-Coulomb失效準(zhǔn)則來近似表征。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TJ01;TS802.3

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本文編號：2676698