有機玻璃的一維力學行為研究與分子動力學模擬.pdf

1、有機玻璃因其透明性好、質(zhì)量輕、不易碎裂、耐老化以及有良好的機械性能等優(yōu)點，被廣泛應用于航空、建筑、生物醫(yī)學等各個方面。尤其在航空方面，以其制作的飛機艙蓋及舷窗玻璃一直以來受到鳥撞威脅，近年來事故仍時有發(fā)生。此外，有機玻璃擋板還可能受到子彈侵徹的考驗，同時飛行員逃生需要使用爆炸切割破壞艙蓋，因此對其力學性能的研究尤為重要。而對其一維力學本構的研究不僅可以解釋一維受力狀態(tài)下的力學行為，還是三維復合應力的研究基礎，對其研究更為重中之重。

2、>　　本文結合近年來對于以有機玻璃為代表的高分子聚合物的研究成果，采用理論、實驗與數(shù)值模擬相結合的方法，研究了有機玻璃在一維壓縮下的粘彈、粘塑性本構模型，以及不同構象或添加增塑劑后的力學性能差別，一方面完善了目前對于有機玻璃力學性能的相關本構關系理論，另一方面探索及推廣了分子動力學在有機玻璃力學研究中的應用。具體內(nèi)容包括:(1)對MDYB-3有機玻璃進行了相同溫度、不同應變率下的準靜態(tài)、動態(tài)壓縮實驗（應變率為0.001 s-1～3000

3、s-1），得到材料應力—應變曲線，與最終模態(tài)，以研究其應變率效應;(2)修正了多Maxwell模型以更好的描述材料的粘彈性行為，并與ZWT模型、多Maxwell模型擬合結果作對比;(3)修正了Ree-Eyring屈服模型與Cooperative屈服模型以描述定向拉伸對材料屈服行為的影響，并嘗試使用Johnson-Cook粘塑性模型描述實驗結果;(4)運用分子動力學方法，計算和對比了不同構象有機玻璃及增塑后有機玻璃的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度與力學常

4、數(shù)。
　　研究取得以下五方面的成果:(1)實驗結果表明，有機玻璃具有明顯的應變率效應，隨應變率增大，材料的屈服強度、初始彈性模量均有所增大，此結果與其內(nèi)部所具有的粘性相關。(2)描述材料粘彈性行為方面，ZWT模型表達式參數(shù)少，擬合方便，顯得更為靈活簡便，而修正多Maxwell模型表達式參數(shù)能根據(jù)多個應變率狀態(tài)下的數(shù)據(jù)進行調(diào)整，顯得更為準確。(3)描述材料屈服行為方面，修正Ree-Eyring模型稍小于實驗結果，修正Cooperat

5、ive模型比修正Ree-Eyring模型更準確地描述了準靜態(tài)屈服應力。通過屈服模型與實驗對比發(fā)現(xiàn)，動態(tài)壓縮的峰值應力為失效應力，試樣在1500s-1以上應變率條件下，未達到屈服應力即已發(fā)生破壞。(4)描述屈服后粘塑性行為方面，Johnson-Cook模型擬合單條應力—應變曲線良好，但無法準確描述多條不同應變率下的曲線，即無法描述材料的應變率相關性。(5)分子動力學計算結果方面，間同PMMA的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度最高，其次為間同PMMA，全同P