高聚物具有较好的机械强度、质量轻、耐腐蚀、易加工等诸多优点,在机械、化工、航空航天等领域得到了越来越广泛的应用,同时,越来越多的工程应用也对高聚物的使役寿命提出更高要求,发展一种能准确预测高聚物使用寿命的研究方法变得越来越必要。高聚物的黏弹性和物理老化是影响其使用性能的重要因素,大多数的工程设计没有考虑高聚物的流变特性,导致延迟失效事故时有发生。为此,全面掌握材料性能随时间的演化规律,特别是材料的物理老化规律,将有助于我们在工程设计中安全面又充分地使用材料,降低工程延迟失效事故的发生。时间-温度等效原理、时间-应力等效原理、时间-温度-应力等效原理、时间-老化时间等效原理在长期力学性能加速表征的研究中发挥了重要作用,但仍存在一些问题需要进一步探讨。本文围绕玻璃态高聚物的物理老化与长期力学性能的加速表征展开研究,主要研究内容及结果概括如下:(1)基于时间-温度-应力等效原理,发展了构建材料黏弹性能主曲线的两步移位方法。通过短期蠕变测试,研究了温度和应力水平对PMMA蠕变柔量的影响,发现PMMA的蠕变柔量是应力和温度的函数,说明材料呈现非线性黏弹性力学特性,基于主曲线的两步移位方法,采用两种不同的移位顺序构建出某一参考应力和温度下的蠕变柔量主曲线,发现两者具有良好的同一性,从而验证了两步移位方法的有效性。同时,研究结果表明,对非线性黏弹性材料,温度移位因子与参考应力相关,应力移位因子与参考温度相关。(2)运用基于数字图像的长时标应变测量方法对PMMA进行长期蠕变性能测试,所得蠕变柔量曲线与通过时间-应力等效原理得到的蠕变柔量主曲线存在一定差异,长期性能测试过程中材料的物理老化与损伤是导致这一差异的主要原因。对经历不同物理老化时间的PMMA进行短期蠕变性能分析,得到老化移位率与损伤因子,并结合时间-温度-应力等效原理,得到了考虑物理老化与银纹损伤的长期蠕变柔量主曲线,该主曲线与长期蠕变性能试验结果吻合良好。(3)考察物理老化对高聚物静态力学性能的影响。对不同老化时间的PMMA进行不同应力下的短期蠕变实验,发现材料的瞬时弹性模量和断裂应力随老化时间的增加而增大,可用KWW模型描述。(4)考察物理老化对高聚物动态力学性能的影响。对不同老化时间的PMMA进行相同频率振幅的动态扫描,动态存储模量随老化时间的增加而增大,不同老化时间对应的存储模量满足时间-老化时间等效原理,且老化移位因子与对数老化时间呈线性关系。(5)分数阶微分Maxwell模型对高聚物物理老化蠕变行为的描述。对经历不同物理老化时间的PMMA进行不同应力水平下的短期蠕变性能测试,采用分数微分Maxwell模型分析物理老化和应力水平对材料蠕变行为的影响,发现材料的松弛时间与物理老化时间之间满足幂律关系,松弛时间随物理老化时间的增加而增大。(6)研究玻璃态高聚物的银纹损伤影响因素。探讨应力、时间对PMMA在蠕变条件下银纹损伤的影响,发展了一种银纹损伤演化模型。探讨动态应变幅值、应变率对PMMA银纹损伤的影响。研究表明,随着动态应变幅值的增大,银纹损伤愈发严重,导致其储能模量随应变幅值的增大而下降;随着加载应变率减小,银纹引发的临界应变减小,相同应变条件下试样表面银纹密度增大,银纹发展更充分。