秸塑复合材料蠕变性能研究

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改革开放之后,我国各行各业取得了令人瞩目的成绩。复合材料特别是各类新型绿色环保复合材料的研发工作尤其引人注目。秸秆纤维塑料复合材料(SPC)是目前绿色材料中典型的代表环保类复合材料,其主要组成包括农作物的秸秆和废旧塑料。这种新型材料耐高、低温,其材料的降解能力好,是一种环境友好型、资源节约型环保材料,已经被世界上许多国家认证为环保型绿色材料。随着该材料在各类工程领域中推广应用,对该材料静动态蠕变特性的研究吸引了国内外学者高度关注,成为材料和力学工作者的研究热点。本文主要研究内容和结论如下:(1)在经典Burgers模型的基础上,利用时间-温度-应力等效性原理,基于参考温度与应力条件下对蠕变柔量的主曲线及其表达式进行分析。利用时间-温度-应力等效性原理中的WLF方程,推导其在常温和较低应力情况下材料的蠕变柔量。根据材料在较高温度或较高应力情况下短时蠕变行为,对材料在常温或较低应力水平条件下长期蠕变行为进行预测。(2)在经典Burgers模型基础上,建立了秸塑复合材料的微分型黏弹塑性本构模型。基于不同温度和不同应力作用下的蠕变实验数据,采用最小二乘法,求解改进的Burgers模型参数。并将经典Burgers模型预测结果、改进的Burgers模型预测结果和实验结果进行对比,发现改进的Burgers模型与实际实验结果更为接近。(3)在经典Nishihara模型和蠕变损伤理论与湿度应力场理论基础上,将温度与湿度效应引入到经典西原模型中,得到了秸塑复合材料在温度、湿度与应力共同作用下黏弹塑性本构方程。基于秸塑复合材料压缩蠕变的试验结果,确定秸塑复合材料蠕变行为中温度与湿度的影响参数。该模型能较好地反映温度与湿度对秸塑复合材料流变特性的影响,可适用于温度、湿度和应力共同作用下秸塑复合材料蠕变过程分析。(4)在经典Schapery模型和改进的黏塑性模型基础上,建立了秸塑复合材料非线性Schapery本构模型。用该模型对秸塑复合材料在不同应力作用下的蠕变进行预测,并将非线性Schapery本构模型预测结果与实验结果进行对比,表明该模型预测结果与实验结果一致性较好。
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