【摘要】：隨著社會(huì)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(jiǎn)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(duì)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(shí),若這個(gè)沖擊載荷足夠大,則材料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生沖擊損傷。為了對(duì)PC有更深入的了解,使我們?cè)诓牧现苽溥^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(duì)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(jí)輕氣炮上進(jìn)行的平板沖擊實(shí)驗(yàn),模擬PC在日常使用中所遭受的沖擊現(xiàn)象,結(jié)合實(shí)時(shí)自由面速度測(cè)量以及X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)(X-ray computed tomography,簡(jiǎn)稱CT)。對(duì)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(zhǎng)過程。本論文的主要內(nèi)容結(jié)論和研究創(chuàng)新點(diǎn)為:1.在一級(jí)輕氣炮上對(duì)PC樣品進(jìn)行了多次平板沖擊實(shí)驗(yàn),采用多普勒光纖探針測(cè)速系統(tǒng)(Doppler Pin System,簡(jiǎn)稱DPS)得到了沖擊態(tài)的波速D-粒子速度u關(guān)系,并對(duì)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(duì)稱碰撞加載研究了 PC中的沖擊層裂響應(yīng),并通過DPS測(cè)量了不同加載速度下的自由面速度歷史。通過對(duì)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(duì)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(huì)使材料內(nèi)部產(chǎn)生初期微孔洞或裂縫。伴隨著孔洞的長(zhǎng)大,相鄰的孔洞會(huì)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(jià)鍵破壞強(qiáng)度較大,低速實(shí)驗(yàn)下的孔洞多為細(xì)長(zhǎng)條型,高速實(shí)驗(yàn)下的孔洞多為橢球型。4.通過對(duì)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(gè)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(gè)下降的趨勢(shì),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(huì)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(jiǎn)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(jí)輕氣炮加載的平板沖擊實(shí)驗(yàn)，主要結(jié)合Ｘ射逡逑線計(jì)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(zhǎng)機(jī)理。逡逑１．２聚碳酸酯材料簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)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(guó)工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ323.41

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2 何軒;榮吉利;項(xiàng)大林;劉遷;殷新U

本文編號(hào)：2621625