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含缺陷PVC板材多场耦合性能研究

作　者: 杨占宇
导　师: 罗迎社
学　校: 中南林业科技大学
专　业: 结构工程
关键词: 非平衡态耗散热力耦合弹性降温红外热像
分类号: TU532.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 27次
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内容摘要

优质高分子材料由于其成本低廉、易于加工、资源丰富等诸多优点,在很大的程度和范围内,作为金属材料的替代物,在各行各业得到了广泛的应用。并且这种趋势还在进一步的加大和发展。在科学迅速发展的今天,有统计表明高分子材料的应用在体积上已超过了金属。和金属材料一样,高分子材料在加工、制备、储运和使用过程中可能会存在或演化出一些微缺陷(夹渣、微孔洞或微裂纹等其它缺陷),我们将其统称为含缺陷流变物体。这类微缺陷受到广义外载荷的作用而不断扩展,呈现出明显的流变特性(如粘弹性、粘塑性等)并导致损伤直至破坏。这种破坏过程既蕴含着材料变形及微裂纹扩展的几何非线性问题,又蕴含着不可逆变形下热力耦合的物理非线性问题。在破坏的过程中流变损伤区域会产生温度梯度场且伴随着能量的耗散现象,拉伸初期的弹性阶段还会产生区域温度降低现象。欲对上述耗散现象进行系统认识,以及了解温度场的变化规律,就不得不从微观分子理论入手结合宏观唯象理论加以分析。以非平衡态不可逆热力学理论出发,结合连续介质力学的原理,本文提出了材料变形区域的控制方程,包括熵产生方程。然后,从理论上全面阐述了从宏观到微观,高聚物弹性降温的机理。并结合分子取向和构象理论,得出取向度可以作为这种温降的测度。第3章从实验出发,采用红外热成像技术,考虑到率相关性以及缺陷的分布,对高聚物试件表面温度场进行测量,得出热力耦合效应下的温度耗散规律及缺陷的演化规律,并介绍了生成热量的计算方法。以上工作对于建立高聚物材料在复杂服役条件下的失效准则、破坏理论和寿命预测；对合理使用材料和设计新型材料；对事故防范、安全生产和国民经济发展等均具有重要的理论和实践意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-21
  1.1 引言  9-11
    1.1.1 含缺陷高聚物材料多场耦合研究的发展背景  9-10
    1.1.2 高聚物的相关物理特性  10-11
  1.2 高聚物粘弹塑性本构关系以及多场耦合的研究进展  11-13
    1.2.1 粘弹性本构关系的连续介质理论  12
    1.2.2 粘弹塑性本构关系的分子理论  12-13
    1.2.3 多场耦合理论  13
  1.3 含缺陷流变材料破坏的特性  13-19
    1.3.1 破坏过程的特点  13-14
    1.3.2 颈缩现象  14-16
    1.3.3 银纹的形成与演化  16-18
    1.3.4 高聚物的热弹性效应与能量耗散  18-19
  1.4 本文研究的主要内容  19-21
2 高聚物的非平衡态热力学行为  21-39
  2.1 局域平衡假设  21
  2.2 高聚物材料变形的控制方程  21-27
    2.2.1 质量守恒方程  22-23
    2.2.2 动量守恒方程  23-24
    2.2.3 能量守恒方程  24
    2.2.4 熵平衡方程  24-25
    2.2.5 熵流和熵产生  25-27
  2.3 高聚物的流变温度场理论及应用  27-29
  2.4 高聚物拉伸过程中的弹性降温现象  29-35
    2.4.1 固体开尔文效应  29-30
    2.4.2 降温现象的分子理论与微观解释及测试  30-35
  2.5 高聚物的模型理论及本构方程  35-39
    2.5.1 Burgers流变模型  35-37
    2.5.2 分子网络模型  37-39
3 PVC试件拉伸试验  39-55
  3.1 实验材料及实验设备  39-40
    3.1.1 实验材料  39
    3.1.2 实验设备  39-40
  3.2 实验内容及实验方案  40-41
  3.3 实验测试及数据图表分析  41-55
    3.3.1 拉伸初期  41-42
    3.3.2 拉仲中期  42-45
    3.3.3 拉伸后期  45-48
    3.3.4 单孔拉伸试验的结果分析  48-49
    3.3.5 变形热的定量计算与实验分析  49-53
    3.3.6 不同拉伸速率和不同缺陷分布的实验结果分析  53-55
4 总结与展望  55-57
参考文献  57-63
附录A  63-65
附录B (攻读学位期间的主要学术成果)  65-67
致谢  67

含缺陷PVC板材多场耦合性能研究

内容摘要

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