论文部分内容阅读
夹层玻璃作为抵抗爆炸与冲击载荷的结构已经广泛应用在工业领域,以避免在冲击事件中给人员和结构造成的严重伤害。拥有高透明性,温度适应能力强等优异性能的聚氨酯胶片(PUI)被新研发用于飞机和高铁风挡夹层玻璃的中间膜,以增强风挡玻璃的抗冲击能力。但是,高性能PUI在宽泛应变率和温度下的力学性能还未见报道。首先,开展了Dynamic Mechanical Analysis(DMA)实验以测试PUI的玻璃化转变温度(Tg)和动态粘弹性模量。除了受温度影响外,PUI的动态力学性能还表现出频率相关性。PUI的Tg随着频率的增加而增加。基于DMA实验,PUI的Tg在-58℃到-40℃的区间里,远低于现有的PVB胶片的Tg。然后,对PUI的动态实验方案进行了研究,为Kolsky Bar实验的合理设计提供了指导。利用微型Instron试验机和Kolsky Bar研究了PUI在应变率从0.001/s到7000/s,温度从-40℃到50℃的单轴压缩和拉伸力学性能。高速摄影机技术用来研究PUI在动态下的均匀变形情况。实验结果表明,该胶片的压缩和拉伸力学性能具有明显的温度和应变率敏感性。应力应变曲线在-40℃时表现出了从橡胶态向玻璃态转变的特性。第三,基于本构理论和压缩实验数据,构建了PUI的热超粘弹性本构方程,该本构模型由两个部分组成:一个表征准静态下的超弹性行为,另一个描述非线性应变率相关特性。利用热超粘弹性本构模型对不同温度不同应变率下PUI的动态应力应变曲线进行拟合,本构模型和与实验曲线一致性好。基于拉伸实验数据,热朱王唐本构模型被用来描述PUI的应变率和温度相关的力学行为。实验结果也表明PUI的力学性能具有温度和应变率等效性。通过引进一个无量纲的因子,应变率和温度统一到一个参数,并且得到了归一化的时温等效曲线。本文工作率先开展了新型航空透明聚氨酯胶片温度和应变率相关的动态力学性能研究,为成功应用于飞机风挡、高铁风挡的抗冲击力学行为提供了材料参数和理论依据。