【摘要】：隨著社會的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步,更輕便且力學(xué)性能優(yōu)良的材料愈發(fā)受到人們青睞。作為五大工程塑料之一的聚碳酸酯(polycarbonate,簡稱PC),具有良好的抗沖擊性能和優(yōu)秀的成型加工性能,它硬度高能在多種氣候環(huán)境下使用,因此廣泛作為汽車產(chǎn)業(yè)、航空航天以及建筑產(chǎn)業(yè)的常用材料。材料的使用條件的不同,其所承受的外力沖擊不同,材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)對外力作用的響應(yīng)也不同。當(dāng)PC材料這些使用條件下遭受碰撞和沖擊載荷的作用時,若這個沖擊載荷足夠大,則材料內(nèi)部會產(chǎn)生沖擊損傷。為了對PC有更深入的了解,使我們在材料制備過程中通過共混改性等一系列加工手段提升材料的性能,就需要我們對其在沖擊加載下的損傷機(jī)理開展細(xì)致的研究。本文基于在一級輕氣炮上進(jìn)行的平板沖擊實驗,模擬PC在日常使用中所遭受的沖擊現(xiàn)象,結(jié)合實時自由面速度測量以及X射線計算機(jī)斷層掃描技術(shù)(X-ray computed tomography,簡稱CT)。對PC材料的層裂微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,得到了低壓段Hugoniot狀態(tài)方程,分析了層裂強(qiáng)度與沖擊應(yīng)力的關(guān)系,討論了層裂損傷在PC中的演化生長過程。本論文的主要內(nèi)容結(jié)論和研究創(chuàng)新點為:1.在一級輕氣炮上對PC樣品進(jìn)行了多次平板沖擊實驗,采用多普勒光纖探針測速系統(tǒng)(Doppler Pin System,簡稱DPS)得到了沖擊態(tài)的波速D-粒子速度u關(guān)系,并對其進(jìn)行了線性擬合,擬合結(jié)果為:D=2.338+1.268u(km/s),與前人的數(shù)據(jù)吻合較好,在此前的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善了 PC狀態(tài)方程的數(shù)據(jù)。2.利用對稱碰撞加載研究了 PC中的沖擊層裂響應(yīng),并通過DPS測量了不同加載速度下的自由面速度歷史。通過對速度曲線進(jìn)行分析,我們得到了PC在沖擊加載下,其應(yīng)變率、層裂強(qiáng)度和峰值沖擊應(yīng)力之間的關(guān)系,我們發(fā)現(xiàn)隨著峰值沖擊應(yīng)力的增大,層裂強(qiáng)度幾乎保持不變,隨后降低,而應(yīng)變率則明顯不斷增大。應(yīng)變率效應(yīng)被沖擊加載帶來的溫升效應(yīng)所抵消,導(dǎo)致層裂強(qiáng)度與應(yīng)變率幾乎無關(guān)。3.通過軟回收技術(shù),得到PC的層裂回收樣品。采用CT對回收樣品進(jìn)行了掃描分析,通過層裂損傷區(qū)域的三維重構(gòu)圖像結(jié)合光鏡照片探討了 PC層裂損傷的形成機(jī)理。我們認(rèn)為拉伸應(yīng)力會使材料內(nèi)部產(chǎn)生初期微孔洞或裂縫。伴隨著孔洞的長大,相鄰的孔洞會由于局部拉應(yīng)力的作用而相互靠近,進(jìn)而形成更大的孔洞。由于分子鏈內(nèi)部的共價鍵破壞強(qiáng)度較大,低速實驗下的孔洞多為細(xì)長條型,高速實驗下的孔洞多為橢球型。4.通過對CT重構(gòu)圖的分析,得到了不同沖擊速度下PC回收樣品的層裂損傷分布,樣品的層裂區(qū)域存在一個損傷程度較大的垂直于沖擊方向的平面,稱為主層裂面,層裂損傷程度從主層裂面向兩邊近似呈正態(tài)分布。隨著損傷孔洞體積的增大,孔洞的數(shù)量密度呈現(xiàn)出一個下降的趨勢,具有較大尺寸的孔洞和裂紋,其數(shù)量密度隨著沖擊速度的增大而增大;而小尺寸孔洞和裂紋,其數(shù)量密度隨著沖擊速度的增大而減小。
【圖文】：

邐聚碳酸酯在沖擊加載下的損傷機(jī)理研宄邐逡逑第一章緒論逡逑１．１研究背景逡逑聚合物材料由于其優(yōu)良的性能，在現(xiàn)代社會生產(chǎn)生活中隨處可見，小到我們的手機(jī)、逡逑眼鏡，大到汽車、火箭和飛機(jī)等。其中ＰＣ邋（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ，，簡稱ＰＣ）作為應(yīng)用最為廣逡逑泛的五大工程塑料之一，具有良好的抗沖擊性能、硬度高，有優(yōu)秀的成型加工性能、優(yōu)逡逑良的耐候性，加工成型后的制件外形穩(wěn)定不易變形ｍ，被廣泛應(yīng)用于建筑生產(chǎn)、汽車制逡逑造、機(jī)械工程和玻璃制造等行業(yè)，用來制造汽車照明燈外殼，飛機(jī)的擋風(fēng)玻璃、工程安逡逑全帽等［２］。逡逑

本課題在前人研究的基礎(chǔ)上，通過一級輕氣炮加載的平板沖擊實驗，主要結(jié)合Ｘ射逡逑線計算機(jī)斷層掃描技術(shù)，研宄了邋ＰＣ材料在沖擊加載下的低速段Ｈｕｇｏｎｉｏｔ狀態(tài)方程，并逡逑探宄了材料內(nèi)部的層裂損傷成核生長機(jī)理。逡逑１．２聚碳酸酯材料簡介逡逑ＰＣ是一類聚合物材料的統(tǒng)稱，它們的共同特征是其大分子鏈上都含有ＰＣ基（一逡逑ＯＲＯＣＯ—），根據(jù)基團(tuán)上Ｒ所代表的基團(tuán)不同，可以包括脂環(huán)族ＰＣ、脂肪族ＰＣ、芳香族逡逑ＰＣ和脂肪族－芳香族ＰＣ等，但是由于生產(chǎn)工藝手段以及應(yīng)用范圍的限制，目前市面上廣逡逑泛生產(chǎn)和使用的是雙酚Ａ型ＰＣ［５］，因此本論文所采用的是實驗原材料也為雙酚Ａ型ＰＣ，逡逑其分子式為：逡逑0邐邐邐邐邋ｃｈ３邋邐邐邐逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國工程物理研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ323.41

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本文編號：2621625