(1) 通過可溶性聚四氟乙烯復合材料單軸拉伸試驗,研究了其在不同溫度及不同拉伸速率下的拉伸應力 – 應變曲線的變化規律,發現可溶性聚四氟乙烯復合材料拉伸性能對溫度變化敏感,對拉伸速率變化不敏感,這為進一步研究可溶性聚四氟乙烯復合材料的力學性能提供了試驗依據。
(2) 根據拉伸試驗結果,基于DSGZ模型,建立了可溶性聚四氟乙烯復合材料的拉伸本構模型。所建立的拉伸本構模型較好地反映了不同溫度和不同拉伸速率對其拉伸性能的影響,為研究建立比較全面的材料模型提供了一定的參考依據。
(3) 通過對可溶性聚四氟乙烯復合材料單向壓縮的有限元模擬和試驗對比分析,驗證了該模型的正確性。這說明該模型不僅能描述可溶性聚四氟乙烯復合材料受拉時的力學性能,同時也能很好地描述可溶性聚四氟乙烯復合材料受壓時的性能。該模型可以作為材料模型用于可溶性聚四氟乙烯復合材料有限元分析,具有一定的通用性。有限元分析及驗證由于材料模型是由單軸拉伸試驗獲得的,因此,該模型可以通過單軸拉伸試驗得到準確驗證。為了進一步驗證該模型是否具有通用性,筆者進行了可溶性聚四氟乙烯復合材料單向壓縮試驗,并進行了相應的有限元數值模擬。 通過ABAQUS軟件,建立兩面均勻受壓的可溶性聚四氟乙烯復合材料薄板三維有限元模型,可溶性聚四氟乙烯復合材料薄板規格為50 mm×50 mm×1.5 mm,材料模型使用WDSGZ模型�？扇苄跃鬯姆蚁⿵秃喜牧媳“鍓嚎s量為0.35 mm,計算采用三維線性縮減積分單元。同時,結合有限元模型,進行可溶性聚四氟乙烯復合材料的單向壓縮試驗。圖4為仿真結果與試驗結果對比圖,下壓0.35 mm時,可溶性聚四氟乙烯復合材料薄板上的最大應力為118 MPa。從圖4 可以看到,受壓后,兩者形狀變化基本一致。將上述參數代入本構方程,繪出可溶性聚四氟乙烯復合材料單軸拉伸應力 – 應變曲線,與試驗所得曲線進行比較,如圖3 所示。由圖3 可知,筆者提出的本構模型計算結果與實際試驗結果相差不大,能夠較好地反映可溶性聚四氟乙烯復合材料在單軸拉伸時的力學曲線,故WDSGZ模型可適用于對可溶性聚四氟乙烯復合材料進行力學分析�？扇苄跃鬯姆蚁┦且环N典型的高分子材料,其力學性能具有很強的黏彈性行為。建立高聚物黏彈體本構模型的方法主要有唯象性方法和分子論方法。分子論方法通過建立描述高聚物大分子鏈流動的模型,研究微觀結構對宏觀運動的影響。唯象性方法則是直接給出高聚物黏彈體在變形過程中應力、應變、應變率和溫度等變量間的關系,其中的系數則要通過試驗確定�？扇苄跃鬯姆蚁⿵秃喜牧蠁屋S拉伸是典型的非線性大變形過程,故采用唯象性方法建立本構模型。美國塔夫茨大學的Y. P. Duan提出了一種能較好描述玻璃態聚合物力學性能的唯象性本構模型——DSGZ模型。通過分析比較DSGZ模型曲線與可溶性聚四氟乙烯復合材料應力- 應變曲線的異同,發現兩者除在變形軟化區存在較大差異外,其它區域變化基本一致。因此在DSGZ模型的軟化區添加因式1/[1-e-εδ(T/n)],建立了可溶性聚四氟乙烯復合材料單軸拉伸本構模型,稱之為WDSGZ模型。模型表達式如式(1)、式(2)、式(3) 所示。 |
