航空聚碳酸酯动态力学性能及本构关系研究

【类型】学位论文

【作者】于鹏 

【关键词】 聚碳酸酯 动态实验 粘弹塑性 本构方程 冲击

【摘要】玻璃聚合物类材料聚碳酸酯（PolyCarbonate），简称PC，是一种透明材料，由于其出色的耐热和抗冲击能力，因此被广泛地应用于国防军事和工业领域之中，如飞机、汽车的挡风玻璃，头盔，防弹衣等等。众所周知，聚合物类材料具有很强的温度和应变率敏感性，即在不同的温度和应变率下，其表现出来的力学性能有所不同。因此，对这类材料动态力学性能的研究有着十分重要的意义。本文针对主要应用于航空领域（即飞机挡风玻璃）的聚碳酸酯，通过实验和理论相结合的方法，对其动态力学性能和本构关系进行了研究。主要的工作可以分为以下四个部分：第一部分（第二章）：通过美斯特万能压缩试验机（MTS）和分离式霍普金森压杆（SHPB）实验，得到了PC从低温到高温（-40℃-100℃），从低应变率到高应变率（0.001s-1-5000s-1）的压缩应力-应变曲线。通过实验曲线，可以明显地观察到PC材料的温度相关性和应变率相关性。第二部分（第三章）：基于实验得到的常温下应力-应变曲线，应用商业有限元计LS-DYNA3D中分段线性刚塑性材料模型（Piecewise Linear Plasticity）对PC的SHPB实验进行了仿真，初步验证实验结果的可靠性。在此基础上，提出了适用于PC材料的简化的Johnson-Cook（J-C）本构模型，并将其应用于鸟体撞击飞机挡风玻璃的仿真计算中，得到的计算结果与文献中的实验结果比较吻合，验证了其J-C本构模型的工程应用性。第三部分（第四章）：基于动态热机械分析实验（DMA）得到的实验结果，结合高聚物粘弹-塑性理论，时温转换原理提出了适用于PC材料的粘-弹塑性本构模型。在实验曲线的基础上，通过少量数值拟合的方法，确定了本构方程中的材料参数，并将本构模型的理论值与实验结果进行了对比，得到了较好的吻合。第四部分（第五章）：对柔性体高速撞击PC平板进行了实验研究。通过位移传感器，应变片采集到了PC板位移和应变时程曲线，并用高速摄影机拍摄到了PC板在撞击过程中产生的大变形和破坏模式。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】华南理工大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】韩强

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