载人潜水器有机玻璃视窗蠕变-疲劳特性分析

通过对棒状有机玻璃试样进行短期蠕变试验,揭示载人潜水器视窗玻璃材料的蠕变特性。开展有机玻璃蠕变断裂试验,获得有机玻璃材料的蠕变断裂寿命,给出蠕变断裂时间和保载应力水平成双对数线性相关的结论及相应的线性拟合方程,并开展拉伸疲劳试验获得不同峰值应力下的拉伸疲劳寿命。对300 m观光潜器有机玻璃视窗在不同下潜深度下的应力水平进行分析,并结合基于线性累计损伤理论的时间寿命分数法,实现对300 m载人潜水器有机玻璃视窗考虑保载蠕变的疲劳寿命估算。

约束状态下的有机玻璃零件的加工方法探讨

在生产实践中发现有机玻璃零件处于约束状态时,其所在环境存在较大温差变化,容易产生塑性变形,从而使产品不合格以致报废。该文对处于约束状态下的有机玻璃零件加工工艺进行了研究,重点对托盘组件加工过程中受约束状态下的有机玻璃盘形件加工工艺过程进行了改进、优化和实验验证,得出了约束状态下的有机玻璃零件加工工艺方案,并在实际加工生产中验证了此加工工艺方案的可行性。此方案对有机玻璃零件在自由状态和约束状态下的加工均具有指导意义,具有一定的推广价值。

球形观察窗用有机玻璃的银纹损伤:乙醇和温度协同作用

聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)基于良好的综合性能得到广泛应用,但遇到极性溶剂时很容易发生溶胀,导致银纹的产生甚至出现开裂,严重降低了材料的服役寿命。本工作以某球形观察窗用有机玻璃为研究对象,深入探讨退火温度、退火时间、溶剂(乙醇)处理时间等因素对PMMA微观结构的影响,以及银纹产生与单轴拉伸、三点弯曲、压缩变形等力学性能的关系,研究发现在PMMA的玻璃化转变温度98℃附近进行退火容易出现肉眼可见的大尺度银纹。银纹对于力学强度的影响较小,但会降低材料的断裂应变。

深海装备耐压结构用有机玻璃的蠕变时温等效特性

基于WLF方程和陈化理论推导符合时温等效关系的蠕变本构方程,开展不同温度下的试样压缩蠕变试验,拟合得到有机玻璃的压缩蠕变本构关系,应用有限元方法探究深海装备观察窗蠕变变形的时温等效现象。试验结果显示,符合WLF方程的陈化理论蠕变本构关系能较好地描述深海工况下的有机玻璃压缩蠕变行为;外加应力一定时,有机玻璃在4℃时的蠕变应变-时间曲线相当于将40℃时的蠕变应变-时间曲线沿时间轴拉伸9.36倍,该等效关系可为深海服役环境下有机玻璃耐压结构的加速蠕变试验设计提供参考。

不同类型线性切割索爆炸切割有机玻璃的损伤特性分析

为了探究不同类型线性切割索切割有机玻璃(PMMA)的损伤特性,通过数值模拟的方式对微爆索、楔形聚能切割索、圆弧聚能切割索3种类型切割索爆炸切割PMMA板过程中的应力分布和损伤特性进行了分析。结果表明:切割索的切割损伤为复合损伤,表面有射流或爆破形成的切割槽或破碎槽,背面有严重的反射应力波拉伸层裂损伤。微爆索切割PMMA的冲击破碎区深度为2.6 mm,宽度为2.4 mm。楔形聚能切割索形成的裂缝断裂深度为3.8 mm,最大宽度为4.0 mm。圆弧聚能切割索侵彻深度为3.2 mm,宽度为3.0 mm。楔形聚能切割索的切割效果最佳,其次是圆弧聚能切割索,最后是微爆索。

预处理方法对定向有机玻璃表面性能及黏结强度影响

为研究不同表面预处理方法对定向有机玻璃表面性能以及与热塑性聚氨酯(TPU)间黏结强度的影响规律及机理,使用AFM、FTIR和接触角测量仪测定酸处理、等离子处理和过渡层处理后定向有机玻璃的表面化学组成、粗糙度与表面接触角,并使用90°剥离实验测试预处理前后定向有机玻璃与TPU之间的黏结强度。结果表明:酸处理和等离子处理后定向有机玻璃表面粗糙度和表面极性增加,同时表面润湿性能得到改善,使黏结强度分别上升了14%和22%;而过渡层预处理提高了基材与TPU的化学相容性,处理后定向有机玻璃表面极性与TPU相近,降低了界面张力,明显改善界面黏结性能,黏结强度由4.44 kN/m上升至23.61 kN/m。

大尺寸有机玻璃高精度研磨抛光机技术研究

大尺寸有机玻璃高精度研磨抛光机是航空航天、电子信息以及新材料产业的关键设备,为了实现研磨机的大尺寸加工能力、高公差要求、低板材厚度变化率的性能指标,对研磨抛光机进行技术研究,完成了大尺寸有机玻璃高精度研磨抛光机的研制,实现了关键设备自主可控。

表面粗糙度对有机玻璃材料真空沿面闪络特性的影响

目前国内外关于绝缘材料的表面粗糙度对其真空中沿面闪络特性的影响尚无定论。为此以有机玻璃材料为研究对象,采用不同目数的砂纸制备不同表面粗糙度的样品,并进行了真空沿面闪络实验研究。结果表明:随着表面粗糙度的增加,有机玻璃的闪络电压呈现U型变化规律,即先减小后增大的变化趋势。同时,研究了打磨方向对有机玻璃闪络特性的影响。在粗糙度较大的情况下,合适的打磨方向可以明显提高闪络电压,尤其是垂直于电极方向打磨时,材料表现出闪络电压高、分散性小的特点;但在粗糙度较小的范围内,闪络特性受打磨方向的影响不明显,甚至有略微下降的趋势。结合实验结果,基于二次电子发射雪崩理论,从宏观和微观2个角度讨论了粗糙度对于绝缘材料闪络特性的影响机理,提出了表面粗糙度对于闪络影响的博弈模型。

冲击波在有机玻璃中衰减特性的数值模拟与实验研究

为了研究《国家军用标准—炸药试验方法—卡片式隔板法》(国军标)条件下冲击波在有机玻璃中的衰减特性,对其传播规律和衰减特性进行了数值模拟研究。采用显示有限元程序AUTODYN,并利用理论计算及锰铜压力计测试方法验证了数值模拟的可靠性。结果表明:通过实验测得的国军标条件下冲击波在有机玻璃中的衰减规律为p=17.0e-0.0537x,数值模拟结果与实验结果基本吻合,能够准确预测冲击波在有机玻璃中的衰减规律。利用数值模拟方法分析讨论了冲击波压力在隔板中的衰减特性。研究发现:随着隔板长度的增加侧向稀疏波的影响将会越来越显著。

ns脉冲下有机玻璃电树枝的引发特性

脉冲功率装置中绝缘材料的老化问题影响装置的安全性、可靠性及效率，电树枝老化是最主要的老化方式之一。为此总结分析了目前高聚物绝缘材料中电树枝老化现象、电树枝引发影响因素的研究成果，进行了不同重复频率（75～300Hz）、不同电压等级ns脉冲（半高宽70ns）下有机玻璃电树枝老化特性的实验，重点研究了在不同条件下有机玻璃中电树枝引发阶段的特性，最后总结讨论了电树枝的引发条件和影响因素。实验表明不同频率ns脉冲下有机玻璃中电树枝引发的起始电压高于交流，低于直流．频率升高，电树枝起始电压有下降趋势；不同时刻有机玻璃的电树枝引发率，基本上随着电压等级的上升而下降；电子轰击、空间电荷分布和电机械应力对绝缘材料的电树枝引发具有关键作用，而在高频的脉冲强场下电机械应力起主要作用。

共聚交联改性有机玻璃的研制与性能研究

以二乙烯基苯为交联剂，由甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸模型浇铸共聚，制备了一种交联型透明材料。系统研究了材料的组成对表面硬度、透光率、冲击强度、热变形温度、密度等性能的影响。结果表明，配比适当时可制得性能优良的新型改性有机玻璃，既提高了表面硬度、冲击强度、热变形温度、玻璃化转变温度，又保持了良好的透光性能。

耐热有机玻璃的研制

以甲基丙烯酸甲酯 ( MMA)、N-取代马来酰亚胺 ( MI)和苯乙烯 ( St)为主要原料 ,运用悬浮法共聚合成耐热有机玻璃 ( PMMA) ,通过对合成工艺及工艺的优化选择 ,解决了产物高温成型呈黄色这一难题 ,并对共聚产物进行了结构和性能分析。

定向有机玻璃的拉伸断裂行为研究

研究了定向有机玻璃在不同温度下的拉伸断裂行为,探讨了定向有机玻璃拉伸行为与温度的关系。结果表明:随温度升高,定向有机玻璃的拉伸强度和拉伸模量降低,断裂伸长率增加,材料由刚而脆变得软而韧。不同温度下定向有机玻璃的断裂特征差别显著,在23℃时分层断裂特征最明显,在-55℃时主要为礼花状放射特征,而在80℃时主要为韧性断裂特征。

有机玻璃疲劳裂纹扩展

文中采用CT（Compact Tension）试样对MDYB-3有机玻璃在-50℃～90℃范围内进行了裂纹扩展试验研究。基于金属裂纹扩展公式，结合有机玻璃疲劳裂纹扩展特性，得到了描述有机玻璃裂纹扩展行为的公式。将其与有机玻璃在不同温度下的试验结果对比，发现得到的公式能够较完整地描述有机玻璃疲劳裂纹在各个阶段的扩展行为。

有机玻璃的增韧研究

研究了不同聚合方法制备的聚丙烯酸丁酯 (PBA)对浇铸型有机玻璃 (PMMA)的增韧改性。研究结果表明 ,当PBA以纳米粒子簇分散在PMMA基体中时 ,对PMMA有较好的增韧改性效果。当PMMA中无皂乳液聚合PBA(e -PBA)的质量分数为 0 5 %时 ,改性PMMA的冲击强度比基体提高 3 8%。SEM观察表明 ,本体聚合PBA(b -PBA)橡胶粒子以独特的纳米簇状结构均匀分布在PMMA基体中 ,大量的微裂纹以b -PBA粒子为中心呈放射状向外辐射 ,这些微裂纹在试样破坏的过程中吸收了大量的冲击能 ,使改性PMMA韧性得以提高。

纳秒脉冲电压同轴电场下有机玻璃和尼龙的闪络特性

利用基于SOS的SPG200高压脉冲功率装置研究了有机玻璃(PMMA)和尼龙1010在变压器油中的闪络特性。研究结果表明:闪络电压随内电极直径增加近似指数增加,随闪络距离延长近似线性增加,相应的击穿时延也近似线性增加。受实验条件的影响,有机玻璃和尼龙1010的闪络性能略有差异。同轴径向电场降落集中在内电极表面附近一定径向距离内,同轴电场下的闪络电压主要由内电极表面电场与径向电场分布的均匀程度决定。增加内电极直径和延长闪络距离都可以提高闪络电压,而增加内电极直径的效果更显著。

不同加载应变率下有机玻璃的压缩破坏与力学行为

对有机玻璃试件进行准静态和动态压缩试验,研究加载应变率对有机玻璃材料力学性能的影响,分析不同加载应变率下有机玻璃材料的微观损伤破坏模式。通过简化黏弹性本构方程拟合出适用于有机玻璃材料的黏弹性模型参数,并与试验结果进行比较。结果表明:在准静态加载条件下,有机玻璃表现为延性破坏,在动态加载条件下则表现为脆性破坏;随着加载应变率的提高,有机玻璃的流动应力明显增加,且动态加载条件下的峰值应力增加速率高于准静态。

有机玻璃的力学与光塑性性能

研究了有机玻璃的力学性能和光学性能等,通过试验得到了常温和冻结温度的有机玻璃的性能数据;提出了常温时光塑性条纹是应变条纹,冻结温度下光塑性条纹是应力条纹的观点;用有机玻璃来模拟塑性加工的挤压工艺,证明有机玻璃是较为理想的模拟金属塑性大变形的光塑性材料.

有机玻璃中球形应力波传播的分析

基于球形发散波实验技术及圆环型电磁粒子速度测试技术,采用0.125 g TNT当量的微型炸药作为爆炸源,对填实爆炸下有机玻璃中球形波的传播规律进行了实验研究,并基于粒子速度波形进行了分析。结果表明:粒子速度峰值及粒子位移峰值符合指数衰减规律,粒子速度、位移峰值的衰减指数分别为1.34和1.28;负向粒子速度峰值随比距离的增加有先增大后减小的趋势;基于强间断假设得到的低压(小于1 GPa)下径向压力峰值-粒子速度峰值关系与一维应变下得到的σ-v Hugoniot曲线吻合较好;采用变模量模型假设,结合粒子速度数据反演的有机玻璃弹性模量E=(6.40±0.64)GPa、体积模量K=(7.12±0.71)GPa、剪切模量G=(2.37±0.24)GPa。

微爆索切割航空有机玻璃的研究

为了改善现有的航空弹射救生系统,提出了微爆索线性切割技术在弹射救生系统中的应用。设计了一系列微型爆破索,通过微爆索切割航空有机玻璃的实验研究,观测了有机玻璃层裂现象,得到了不同参数对有机玻璃破坏深度和破坏影响区的影响,确定了微爆索应采用的外壳材料、炸药类型、装药量的范围等参数。运用大型非线性有限元程序LS-DYNA3D对微爆索切割航空有机玻璃进行了数值模拟分析,得到了与实验结果吻合的计算结果,得到微爆索装药量与有机玻璃破坏深度的关系,为合理设计航空救生系统提供了有力依据。