泡沫聚合物蠕变行为研究

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全文共分五章。第一章全面系统地综述了泡沫材料的研究历史与现状。第二章对闭孔泡沫材料的力学性能进行了理论分析,主要集中在压缩和黏弹性方面。第三章对典型的闭孔泡沫材料——聚苯乙烯泡沫(EPS)的压缩和压缩蠕变性能进行了实验研究。第四章则通过有限元模拟,讨论了密度和应力对EPS的压缩蠕变的影响。   本文采用实验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法,对闭孔泡沫材料的压缩和压缩蠕变的力学性能进行了较深入的研究。主要研究成果和结论如下:   1、分析了闭孔泡沫材料的压缩变形机制,指出压缩过程的每一个阶段均可建立模型。具体分析了在线弹性状态下弹性模量与相对密度之间的关系。   2、研究了闭孔泡沫的黏弹性性能,得出了开、闭孔泡沫材料的黏弹性变形微分方程。   3、选用典型的闭孔泡沫材料——发泡型聚苯乙烯泡沫(EPS)进行压缩实验。实验表明EPS的压缩应力-应变曲线可分为三阶段,即弹性段、塑性屈服平台段及致密段。EPS受压下其应力-应变曲线上不存在弹性与塑性间的明确分界点。根据实验数据求得EPS的弹性模量,并验证了EPS的弹性模量与其相对密度的关系符合二次函数规律。   4、使用EPS进行压缩蠕变实验。实验表明任何一条压缩蠕变曲线都可分为三个阶段,即瞬时弹性段,过渡蠕变阶段,稳态蠕变阶段。研究实验曲线,可以得到应力和密度对压缩蠕变的影响:同一密度的EPS的蠕变随着应力的增加而增加,高应力下的蠕变比低应力水平下的蠕变要大;不同密度的EPS在相同应力作用下,其蠕变随着密度的增加而减小,高密度的蠕变比低密度的蠕变小。即蠕变是随密度的增大而减小,随应力的增大而增大。然后使用求解线黏弹性问题的方法建立了包含应力与密度影响的EPS压缩蠕变模型。   5、利用有限元分析软件ANSYS计算了EPS块体在恒定压力下的蠕变过程。从计算结果可以看出,有限元计算的结果和实验结果较为吻合,可以较好的反映EPS块体的压缩蠕变性能。
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