界面對顆粒填充PTFE力學(xué)性能影響研究.pdf

1、顆粒填充復(fù)合材料的力學(xué)性能和失效機(jī)理，不僅與基體和填充相本身性質(zhì)相關(guān)，而且與界面性能也有密切關(guān)系。尤其是界面層的損傷，對材料宏觀力學(xué)行為和失效機(jī)理影響很大。
　　 為了研究界面層對顆粒填充復(fù)合材料性能的影響，本文選用玻璃微珠填充聚四氟乙烯為材料，進(jìn)行實驗和數(shù)值模擬研究，獲得材料整體宏觀力學(xué)特性和細(xì)觀力學(xué)性能。實驗分析了在單軸拉伸和復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，復(fù)合材料的整體宏觀力學(xué)特性。討論了顆粒體積含量、應(yīng)力狀態(tài)以及界面連接狀態(tài)對材料力學(xué)性

2、能的影響。結(jié)果顯示，隨著玻璃微珠體積含量的增加，材料的彈性模量、斷裂應(yīng)變以及屈服強(qiáng)度會隨著顆粒含量的增加而降低，應(yīng)力狀態(tài)對材料韌性影響很大。并且對拉伸試樣斷口進(jìn)行掃描電鏡觀察，可以獲得玻璃微珠在基體中的分布狀況，以及玻璃微珠與基體的連接狀態(tài)、同時通過微觀觀察結(jié)果驗證了拉伸實驗結(jié)果。微珠與基體的界面連接非常弱，材料的破壞主要發(fā)生在界面。
　　 利用ABAQUS有限元軟件，結(jié)合Gurson-Tvergaard-Needlman的連續(xù)

3、損傷材料本構(gòu)模型(簡稱GTN模型)模擬單軸和切口試樣的拉伸過程，研究試樣的韌性斷裂過程，分析材料韌性、損傷起始點的宏、微觀影響因素，揭示微孔洞在不同應(yīng)力狀態(tài)下的演化過程。模擬結(jié)果顯示，GTN模型能合理模擬試樣拉伸過程中的頸縮現(xiàn)象。試樣中裂紋開始形成階段孔洞長大聚合效果顯著，而形核作用相對比較弱。等效塑性應(yīng)變和應(yīng)力三軸度是影響塑性斷裂的主要因素，兩者相互制約，共同決定了試樣的塑性斷裂過程。
　　 利用ABAQUS建立了包含顆粒、基

4、體和界面層三相材料的三維單胞模型，研究不同界面層厚度、界面層性能對材料宏觀應(yīng)力應(yīng)變以及局部應(yīng)力分布的影響。結(jié)果顯示，當(dāng)界面層厚度為0.035倍單胞長度時，模擬和實驗的結(jié)果吻合較好。界面層越厚彈性模量越小、應(yīng)力分布越均勻；此外，將界面層設(shè)定為粘著單元，使用牽引力－分離位移法則(Traction-Separation Law)成功模擬了界面脫粘損傷過程，并分析了界面脫粘對材料力學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示界面脫粘將從極點開始，再從極點一直擴(kuò)展到赤