基于多轴加载粘弹塑性本构模型的高分子材料刮擦破坏机理

高分子材料大量应用于汽车、生物医学材料、包装工程、电子电气、微纳米设备等工业领域,因其固有的性能特点，表面刮擦损伤难以避免，降低了制品美观程度并可能造成产品破坏和功能失效。目前国际国内在高分子材料表面刮擦研究领域多以刮擦测试方法、材料工程改性为主，涉及其非线性力学性能特点和刮擦破坏机理的基础研究较缺乏。本项目拟针对高分子材料在非比例多轴加载下的粘弹塑性本构模型以及表面刮擦破坏机理开展工作。通过系统的宏观材料性能测试和微观观测，建立具有实际物理背景的高分子材料本构模型，深入了解表面刮擦破坏与演化模式，由此开展基于该本构模型的表面刮擦有限元数值模拟。利用力学和材料科学手段，结合实验结果与数值模拟，讨论表面刮擦复杂破坏力学机理和扩展演化规律，最终揭示高分子材料力学特性和不同加载方案对表面刮擦行为的影响。预计本项目将在高分子材料本构关系、表面刮擦破坏分析等方面取得创新性成果。

高分子材料在较低的应力下就可能出现失效或破坏。在表面质量和美观性要求严格的高分子材料工程应用中，其表面刮擦破坏现象和机理的研究显得非常重要，也是研究难点之一，涉及大变形、高分子材料非线性本构关系、微观破坏损伤等学科前沿问题。准确地了解高分子材料刮擦破坏机理, 理解表面刮擦破坏背后的材料科学知识，对于形成改善方案是非常重要的。.针对高分子材料的表面刮擦损伤研究领域中涉及非线性力学性能特点和刮擦破坏机理的基础工作较缺乏这一不足，本项目对高分子材料在非比例多轴加载下的粘弹塑性本构模型以及表面刮擦破坏机理进行研究，开展了系统的宏观材料性能测试和微观观测，建立了具有实际物理背景的高分子材料本构模型，深入地了解了表面刮擦破坏与演化模式。开展了基于本构模型的表面刮擦有限元数值模拟，结合实验结果与数值模拟，讨论了表面刮擦复杂破坏力学机理和扩展演化规律，揭示了高分子材料力学特性对表面刮擦行为的影响。.本项目在高分子材料性能、本构关系、表面刮擦破坏分析等方面取得了创新性成果。研究工作涉及高分子材料性能、本构模型、表面破坏、数值模拟等各学科前沿性难题，理论上具有重要的学术价值；同时，对准确地评价高分子材料表面刮擦性能，形成相应的高分子材料性能改善方案，具有重要的工程应用意义和广阔的工程应用前景。