本文選題：PP-R材料 + 斷口顯微形貌��； 參考：《昆明理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：自二十世紀(jì)60年代意大利化學(xué)家Giulio Natta等人相繼研制出聚丙烯(簡(jiǎn)稱PP)材料以來,世界各國大量的科研工作者們從來沒有停止過對(duì)其各項(xiàng)力學(xué)、化學(xué)、電學(xué)等方面等基礎(chǔ)性研究工作。如今,經(jīng)改性得到的無規(guī)共聚聚丙烯(簡(jiǎn)稱PP-R)材料逐漸被廣泛應(yīng)用于日常生活和工程應(yīng)用等領(lǐng)域。例如,建筑行業(yè)與給排水管道、汽車領(lǐng)域的保險(xiǎn)桿等重要結(jié)構(gòu)部件等。從現(xiàn)有已獲的國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)中獲悉,PP-R材料在準(zhǔn)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)(沖擊載荷下)的斷裂性能(特別是裂紋擴(kuò)展性能)以及損傷機(jī)理方面的研究還比較稀少。這導(dǎo)致PP-R材料的近一步應(yīng)用帶來一定阻礙作用。而斷裂、損傷機(jī)理的研究在進(jìn)行抗斷裂設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)失效評(píng)定以及結(jié)構(gòu)剩余壽命評(píng)估等方面均有重要意義。為此,本課題選取了 PP-R材料,采用實(shí)驗(yàn)、數(shù)字圖像相關(guān)方法以及有限元方法,研究其斷裂損傷機(jī)理。本文主要的研究工作和成果分為以下幾個(gè)方面:1)首先對(duì)于不同機(jī)械預(yù)制裂紋位置(中心裂紋、偏離中心20mm、偏離中心40mm)的試件,進(jìn)行Ⅰ型疲勞裂紋預(yù)制。分別得到兩類不同預(yù)制裂紋長度的PP-R試件。試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),在不同跨度下,PP-R材料依然存在增韌遲滯現(xiàn)象。2)以相同的位移控制速度,對(duì)三種經(jīng)過預(yù)制疲勞裂紋的PP-R試件施加準(zhǔn)靜態(tài)載荷,完成復(fù)合型裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)。以此得到載荷F與裂紋擴(kuò)展量△a之間的關(guān)系曲線圖,分析這三種加載方式下材料的斷裂形式。發(fā)現(xiàn)裂紋停留在遲滯區(qū)的試件準(zhǔn)靜態(tài)裂紋擴(kuò)展量比突破遲滯區(qū)的裂紋擴(kuò)展量少很多。3)準(zhǔn)靜態(tài)加載試驗(yàn)下采用數(shù)字圖像測(cè)量技術(shù),應(yīng)用VIC-2D軟件分別計(jì)算三類PP-R試件準(zhǔn)靜態(tài)工況下裂紋啟裂狀態(tài)以及裂紋擴(kuò)展至最大狀態(tài)的位移場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng);并進(jìn)行可靠性分析。4)完成三類試件在不同高度下的落錘沖擊試驗(yàn)。用高速攝像機(jī)獲取試件的動(dòng)態(tài)裂紋擴(kuò)展路徑,并拍攝試件啟裂時(shí)的散斑圖像,經(jīng)VIC-2D軟件處理,得到PP-R試件裂紋啟裂狀態(tài)下的位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng),并對(duì)其進(jìn)行可靠性分析。5)通過掃描電子顯微鏡(SEM)分別對(duì)準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)條件下與沖擊試驗(yàn)條件下的三類試件進(jìn)行斷口形貌分析,并得到PP-R材料在準(zhǔn)靜態(tài)裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展階段的斷裂、損傷形式;在準(zhǔn)靜態(tài)載荷作用下裂紋快速擴(kuò)展形式;在沖擊載荷作用下裂紋快速擴(kuò)展的斷裂、損傷形式。6)利用Franc3D與ABAQUS軟件相結(jié)合的方法,計(jì)算裂紋尖端附近的應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)、位移場(chǎng)、裂紋尖端張開位移(COD)以及應(yīng)力強(qiáng)度因子,并與數(shù)字圖像相關(guān)方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。
[Abstract]:Since the Italian chemist Giulio Natta and others developed polypropylene (PP) materials in the 1960s, a large number of researchers around the world have never stopped working on its mechanics and chemistry. Electrical and other aspects of basic research work. Nowadays, the modified random copolymerization polypropylene (PP-R) materials have been widely used in daily life and engineering applications. For example, the construction industry and water supply and drainage pipes, automobile safety bar and other important structural components. It has been learned from the relevant literatures at home and abroad that there are few studies on the fracture properties (especially crack propagation properties) and damage mechanism of PP-R materials under quasi-static and dynamic (under impact load). This leads to the further application of PP-R materials to a certain extent. However, the study of fracture and damage mechanism is of great significance in the design of anti-fracture, the evaluation of structural failure and the evaluation of structural residual life. Therefore, the PP-R material is selected to study the fracture damage mechanism of PP-R material by means of experiments, digital image correlation method and finite element method. The main work and results of this paper are as follows: 1) first of all, mode I fatigue crack prefabrication is carried out for specimens with different mechanical precast crack positions (central crack, 20mm off-center, off-center 40mm). Two kinds of PP-R specimens with different crack lengths were obtained. During the test, it is found that toughening hysteresis still exists in different span of PP-R material. (2) at the same displacement control speed, three kinds of PP-R specimens subjected to precast fatigue crack are subjected to quasi-static load, and the composite crack growth test is completed. The relationship between the loading F and the crack propagation a is obtained, and the fracture modes of the materials under these three loading modes are analyzed. It is found that the quasi-static crack propagation of the specimen with a crack remaining in the hysteresis region is much less than that of the specimen with a crack break through the hysteresis region. The digital image measurement technique is used in the quasi-static loading test. VIC-2D software is used to calculate the crack initiation state and the displacement field and strain field of crack propagation to the maximum state in quasi-static condition of three kinds of PP-R specimens, and the reliability analysis (.4) is carried out to complete the impact test of three kinds of specimens at different heights. The dynamic crack propagation path of the specimen was obtained by high speed camera, and the speckle image of the specimen was taken. The displacement field and strain field of the PP-R specimen under crack initiation were obtained by VIC-2D software. The fracture morphology of three kinds of specimens under static test condition and impact test condition were analyzed by scanning electron microscope (SEM), and the fracture of PP-R material was obtained at the stage of quasi-static crack stable growth. Damage form; crack rapid growth under quasi-static loading; crack fracture under impact load, damage form .6) the stress field and strain field near the crack tip are calculated by using Franc3D and Abaqus software. The displacement field, crack tip opening displacement (COD) and stress intensity factor are compared with the calculated results of digital image correlation method.
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O346.1

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本文編號(hào)：2113380