双轴拉伸下高聚物的时间-应力等效原理试验研究

时间-应力等效原理(TSSP)能有效简化高聚物的黏弹性本构模型和力学性能测试。以往研究主要集中在单向应力状态,但工程构件通常处于双向或三向复杂应力状态。为此,首先利用有限元方法对双轴十字型试样进行合理设计与优化,使试样中心测试区的应力和应变基本满足均匀分布,并依此加工出硅橡胶试样。然后,对硅橡胶试样进行不同应力水平及应力比的双轴蠕变试验,获得一系列短期蠕变试验曲线。基于柯西应力和左柯西-格林变形张量定义合适的应力度量和变形度量以探讨双轴拉伸下的TSSP。按照主曲线移位方法,将不同应力水平下的短期性能曲线沿对数时间轴移位构建出宽广时域的主曲线。利用应力移位因子方程对移位结果进行非线性回归分析,获得相应的方程参数。研究结果可为复杂应力状态下黏弹性高聚物的长期力学性能加速表征和长期寿命预估提供理论基础和重要参考。

非线性粘弹体的时间-温度-应力等效原理及其应用

考虑粘弹性材料特征时间的应力相关性 ,认为应力水平与温度、压力、溶剂浓度、损伤以及老化等对材料特征时间的影响相似 ,有其等效性 .依自由体积理论 ,推导了温度 -应力移位因子的表达式 ,提出了时间 -温度 -应力等效原理 .应用此原理 ,可以将不同温度和应力水平下的蠕变曲线移位成某一参考温度和参考应力水平下的主曲线 ,从而可以通过较高温度和应力水平下的短期蠕变行为来预测较低温度和应力水平下的较长期的蠕变行为 .实例分析了高密度聚乙烯 (HDPE)非线性蠕变行为的时间

湿热老化对树脂增强生物板蠕变性能影响及其时间-应力等效性研究

在不同应力水平下,对经历不同湿热老化时间的树脂增强生物进行三点弯曲蠕变实验,研究了湿热老化对树脂增强生物板蠕变性能的影响。利用时间-应力等效原理,选取本试验所考虑的应力水平范围内的最低应力水平为参考应力(σ=69.2 MPa),将其他应力水平下的蠕变柔量曲线向参考曲线进行水平移位,构建了经历不同湿热老化时间的树脂增强生物板在参考应力水平下的蠕变柔量主曲线,从而可以通过较高应力水平下的短期蠕变行为来预测材料在较低应力水平下的较长期的蠕变行为。

丁腈橡胶热处理过程的时间-温度-应力等效性

本文研究热处理过程中时间、温度和应力等因素对橡胶材料热处理后断裂伸长率的影响。将不同温度和应力水平下热处理一定时间后的丁腈橡胶进行单轴拉伸实验,并采用断裂伸长率表征热处理程度,研究热处理时间、温度和应力对丁腈橡胶断裂伸长率的影响。采用时间-温度-应力等效原理对实验数据进行分析。结果表明,热处理时间、温度和应力对热处理后橡胶断裂伸长率均有着明显的影响。时间-温度-应力等效原理能够准确描述热处理过程中时间、温度和应力对热处理后橡胶断裂伸长率的影响。

应力对聚丙烯蠕变行为的时间-温度等效性的影响

研究不同应力和温度条件下聚丙烯材料的蠕变行为。试验结果表明，聚丙烯材料的蠕变行为是非线性的。同一应力水平下不同温度的蠕变柔量曲线满足时间-温度等效原理．通过水平移位可以得到光精的蠕变柔量主曲线，移位因子与温度变化成线性关系．但不同应力水平下的时间-温度移位因子是不同的．从蠕变乘量主曲线和温度移位因子可知，应力为16MPa时14—26℃下的短期（1500s）试验数据可以用于预估14℃时长达3d的蠕变性能．

机-热协同作用下纤维素绝缘纸加速老化实验的等效性研究

为获得循环应力-温度协同作用下绝缘纸加速老化实验的等效性,该文首先基于绝缘纸的三变量模型,推导出绝缘纸的稳态应变。基于时间-温度-应力等效性原理,联合自由体积理论,得到了计及应力频率的修正时间-温度-应力等效性理论。其次,在实验室中开展130℃条件下、4种应力水平和3个应力频率的加速机-热老化实验,并获得了应力水平和频率对绝缘纸抗张强度损失率模型的影响规律。然后,定义了应力-时间平移因子,得到绝缘纸抗张强度损失率主曲线,进一步提出一种平移因子的建立方法。该文结论从理论和实验两方面验证了绝缘纸加速机-热老化实验的等效性,可为绝缘纸加速老化实验与寿命评估提供理论支撑。

HTPB推进剂蠕变试验及长期蠕变性能研究

为研究HTPB推进剂蠕变性能及长期贮存的力学性能,在常温下对HTPB推进剂进行了应力水平分别为0.15 MPa、0.2 MPa、0.25 MPa、0.3 MPa和0.35 MPa的单轴拉伸蠕变试验,利用广义Kelvin蠕变模型拟合蠕变模型参数,分析了加载应力对蠕变的加速作用,利用时间-应力等效原理得到了HTPB推进剂的0.15 MPa蠕变柔量主曲线,并将预测曲线与试验曲线进行验证。结果表明,二阶广义Kelvin模型对各组蠕变数据拟合结果与试验曲线吻合,推导得到蠕变柔量主曲线的蠕变时间达到10^(4.77)s,为试验时间的49倍,可以用于预测推进剂的长期蠕变行为及实际应用。

高聚物自由体积与温度和应力水平的相关性

高聚物等粘弹性材料力学行为的时间相关性,可采用材料内部时钟或特征时间表征。这个特征时间受多种因素的影响,如温度、物理老化、压力和溶剂浓度、损伤、应力水平或应变水平等。文中考察温度和应力水平对材料特征时间的影响,得到了材料粘度与温度和应力水平的相互关系,进而推导出材料中自由体积分数与温度及应力水平的相互关系式,为拓展时间-温度等效原理和建立时间-温度-应力等效原理提供了理论基础。

长期立贮固体发动机药柱变形预估方法研究

目的研究老化与颠振影响下长期立式贮存固体发动机药柱的蠕变特性,基于广义Kelvin模型,构建一种考虑老化和损伤因素的蠕变本构模型。方法通过开展温度与应力加速蠕变试验、高温加速老化试验以及往复拉伸损伤试验,获得老化与损伤对蠕变的影响规律,建立蠕变预测模型,获取模型参数,并将其嵌入有限元软件。结果利用所得蠕变本构模型计算了某型发动机立式贮存15a后药柱蠕变的应力应变,结果表明,考虑老化因素后,发动机药柱的最大等效应力增大了96.84%,最大等效应变减小了4.07%,在同时考虑老化与损伤因素后,最大等效应力增加了82.77%,最大等效应变减小了3.62%。结论对比不同条件下的仿真结果,老化和损伤对发动机蠕变状态的影响较大。使用该模型能够较好地体现出固体发动机药柱的老化硬化和损伤软化。

非线性粘弹性高分子材料长期蠕变行为的加速测试技术

时间-温度-应力等效原理是时间-温度等效原理的延伸,可用于材料力学行为的加速表征,通过短期实验来预测材料的长期力学性能。针对PMMA试件在不同温度、不同应力水平条件下的蠕变实验,分析PMMA蠕变行为的非线性特性。本文应用时间-温度-应力等效原理,得到相应的温度移位因子、应力移位因子和温度-应力联合移位因子,构建了参考温度和参考应力水平条件下的蠕变柔量主曲线。理论和数值计算表明,较高温度和应力水平下的PMMA短期蠕变实验可用于预测其在较低温度和应力水平下的长期蠕变行为。

双基固体推进剂药柱非线性蠕变特性实验研究

研究了某双基固体推进剂药柱的非线性蠕变性能。依据固体推进剂药柱试件在不同温度、应力水平条件下的蠕变实验,分析其蠕变行为的非线性特性。实验结果表明,其力学性能与时间、温度、应力强烈相关。构建了参考温度20℃和参考应力5 MPa水平条件下的蠕变柔量主曲线。理论和数值计算表明,较高温度和应力水平下的固体推进剂药柱短期蠕变实验,可用于预测其在较低温度和应力水平下的长期蠕变行为。利用5级Prony级数模拟的蠕变柔量函数与实验叠合主曲线能很好吻合。

聚丙烯木塑复合材料蠕变行为的模拟与预测

通过三点弯曲蠕变试验,研究了聚丙烯木塑复合材料在23℃左右室内环境五种应力水平下的短期蠕变行为,并采用四元件模型对其蠕变行为进行模拟。依据时间-温度-应力等效原理,以5MPa为参考应力水平,将其它四种应力水平下的蠕变曲线移位成5MPa应力水平下的主曲线,从而可以预测聚丙烯木塑复合材料在5MPa应力水平下大约3年内的蠕变行为。

塑料土工格栅蠕变性能的加速表征

运用蠕变系数法和时间-应力等效原理分析塑料土工格栅的蠕变行为.运用时间-应力等效原理,可以由较高应力水平下较短时间的试验数据,通过沿时间轴的平移得到较低应力水平下材料的长期性能.计算结果表明,蠕变系数法和应力移位方法所得结果吻合良好.时间-应力等效原理适用于对塑料土工格栅长期蠕变性能进行加速表征.

PVC非线性粘弹性行为的研究

.研究了室温下聚氯乙烯(PVC)的应变率敏感性和短期蠕变行为,应用时间-温度-应力等效原理,可以将不同应力水平下的蠕变曲线移位成某一参考应力水平下的主曲线,从而可以通过较高应力水平下的短期蠕变行为来预测较低应力水平下的较长期的蠕变行为.着重分析了聚氯乙烯(PVC)非线性蠕变行为的时间-应力等效性.

用于胶凝原油蠕变描述的一种垂直移位因子

描述胶凝原油的屈服破坏过程中的非线性黏弹性蠕变行为,必须同时考虑应力、时间和温度等参数。引入时间-温度-应力等效原理描述胶凝原油蠕变特性,在进行移位叠合的过程中,除考虑水平移位外,同时引入一种胶凝原油垂直移位因子,并给出其表达式。对不同温度下形成结构的胶凝原油进行剪切蠕变实验,并用黏弹性损伤模型对蠕变柔量主曲线进行描述。结果表明:等应力移位过程中的垂直移位可忽略,而等温移位过程中的垂直修正不可忽略,且对蠕变柔量主曲线的获得有很大影响;拟合曲线与实验数据吻合很好。

秸塑复合材料蠕变性能分析

蠕变作为秸塑复合材料的重要力学性质之一,其蠕变性能与应力、温度与时间等参数密切相关。为了研究探讨秸塑复合材料的蠕变性能,进行了等温不同拉应力以及等拉应力不同温度下的蠕变实验。利用时间-温度-应力等效性原理与Burgers模型拟合得到了秸塑复合材料在参考温度、参考应力下的蠕变主曲线及其表达式,再利用时间-温度-应力等效性原理中的WLF方程对该材料在低温或低应力水平程度下蠕变柔量进行了推导。从而能够通过秸塑复合材料在较高温度或较高应力条件下的短时间蠕变行为,来预测该类材料在低温或较低应力水平下的长时间蠕变行为。

CFRP管件的弯曲蠕变行为试验研究

为评价航天器结构中碳纤维增强树脂基(CFRP)复合材料管件的使用可靠性,开展了三点弯曲加载条件下CFRP管件弯曲性能和蠕变行为试验研究。进行了管件弯曲模量和弯曲强度测试、500 h时长的恒温蠕变测试以及–60℃~100℃和–160℃~80℃两种高低温循环蠕变测试,获得了典型温度工况、不同应力水平作用下管件弯曲蠕变变形规律。根据测试结果,确定了基于时间–温度–应力等效原理的管件蠕变主曲线以及唯象蠕变Findley模型,预测分析了管件长期蠕变变形;采用最大应变强度准则,对该CFRP管件的强度特性和安全承载能力进行了评价。结果表明,该CFRP管件在设计服役期限内能够满足蠕变变形与强度要求。

黏弹性内部特征时间理论在沥青材料中的应用

沥青材料的黏弹特性是其诸多力学行为的本质决定因素,同时温度、荷载水平以及老化等外在因素也对沥青的力学行为有着显著影响。本研究以黏弹性材料的内部特征时间概念为基本理论基础,系统探讨了沥青胶结料自身的时间依赖特性和外在环境、荷载条件等因素之间的等效换算关系。基于时间-温度等效原理和时间-老化时间等效原理分别得到了沥青的动态剪切模量温度主曲线和老化时间主曲线,基于时间-温度-应力等效原理得到了沥青的高温蠕变柔量主曲线,从而很好地验证了内部特征时间是沥青胶结料最本质的力学性能指标,可用于沥青长期力学性能的评价和预测。