UPVC板材复合疲劳性能研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuggmacc
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UPVC作为应用范围最广泛的五大通用高分子复合材料之一,具有较高的力学强度和韧性,同时兼具成本低廉、可塑性强,耐热、耐寒、耐各种化学物质腐蚀等优点,因而广泛用于建材、包装、化工、电子等行业。它是现代社会不可或缺的高分子材料之一,具有很好的发展前景。目前国内外学者做了大量关于UPVC材料改性剂方面的研究工作,但其力学性能仍尚未得到充分有效的研究,对其疲劳力学性能的研究较少,复合疲劳方面的研究更是甚少,极大地影响了其在关键结构中的应用。疲劳裂纹往往是复合型状态,裂纹失稳时一般都不按原裂纹方向开裂。因此,对UPVC材料的复合疲劳性能的研究非常有必要且对其结构的抗断裂、抗疲劳设计、健康诊断和寿命预测具有重要意义。本文通过改进的Arcan夹具和MTS809材料试验机加载系统对含单边裂纹的UPVC板材进行了Ⅰ-Ⅱ复合型加载角度下的高周疲劳试验,结合ABAQUS有限元仿真模拟技术探求UPVC材料在复合型加载下疲劳裂纹扩展的一般规律。主要的研究内容有:1.通过UPVC板材的Ⅰ-Ⅱ复合型加载试验,对其在交变荷载下疲劳裂纹的扩展情况进行了研究:完成UPVC板材在Ⅰ-Ⅱ复合型加载角度为0°、15°、30°、45°、60°下的UPVC板材单边裂纹扩展试验,获取的数据经七点递增多项式法处理后拟合得到不同加载角度下的(35)a-N曲线、da/d N-N曲线和da/d N-(35)a曲线并研究分析了其变化规律。2.基于试验结果结合ABAQUS有限元模拟得到了UPVC板材在不同裂纹扩展长度时的应力云图、位移云图和Ⅰ型与Ⅱ型应力强度因子,并对拟合的(35)K(40)-(35)a、(35)K(40)(40)-(35)a和(35)K*-(35)a数据图分析归纳探索了Ⅰ型与Ⅱ型应力强度因子在裂纹扩展过程中起到的作用。尝试用扩展有限元法模拟裂纹的扩展路径,通过对比试验的结果,验证了该方法在模拟裂纹扩展路径方面的可行性。3.在引入复合应力因子概念后,将试验和模拟的结果拟合得到UPVC板材Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹da/d N-(35)K*曲线和l g(7)da/d N(8)-lg(7)(35)K*(8)曲线,根据Paris公式得到UPVC板材在疲劳裂纹稳定扩展阶段的一般公式。
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