复杂应力状态下高分子泡沫材料的屈服变形和断裂破坏机制

Polymer foam materials are getting more and more application in some important engineering structures, so that the researches on the mechanical performances of polymer foam materials are getting more and more attention. The research project is going to study the effects of the densities of polymer foam and the loading strain rates on the yielding and fracture mechanisms of closed-cell polymer foams under the complex stress state by multi axial tensile or compress test and in-situ SEM loading test. Dynamic mechanical analysis (DMA) tests are also going to be performed to study the viscosity of the polymer foams. Numerical simulation is going to be down to simulate the effect of the distribution of porous cells on the deformation,yielding and fracture mechanisms of polymer foam under complex loading stress state. The interaction between the closed cells is also to be simulated. Based on the above experimental and numerical study, the yielding and fracture mechanisms will be given for the closed-cell polymer foams which are studied in the research project. The results given in the research will be very useful for the understanding of the mechanical performance under complex loading condition. Therefore it will be very useful for the application of polymer foams in engineering.

高分子泡沫材料在一些重要工程结构中得到了越来越多的应用，关于泡沫材料的力学性能研究得到了越来越多的重视。本研究拟对不同密度的高分子闭孔泡沫材料进行多轴应力试验，研究其在多轴应力作用下的屈服、断裂破坏等规律；在环境扫描电子显微镜下进行实时加载变形试验，研究高分子泡沫材料的微观变形和内部胞元的屈服和断裂破坏机制；进行动态热机械分析（DMA）试验，得到材料的粘弹性特性；利用实验结果给出的应力应变关系，进行数值计算，模拟不同随机分布闭孔结构对高分子泡沫材料在单轴和多轴应力作用下的变形和微观断裂破坏机制；在此基础上，分析泡沫孔间的交互作用，给出复杂应力状态下，适合高分子泡沫材料的应力应变关系和断裂破坏规律。该研究结果对复杂应力状态下高分子泡沫材料力学性能的理解非常有用，可以给出高分子泡沫材料的屈服变形规律和断裂破坏机理，因而对高分子泡沫材料的工程应用具有重要的意义。

研究了多孔泡沫材料的强度准则，计算模拟了多孔材料在单向、双向加载作用下的变形规律，发现Mises强度准则不适用于多孔泡沫材料，给出了多向加载下的强度准则，给出了单向和双向加载作用下的等效应力应变规律；基于强化模型基体材料，给出了等效泡沫材料的本构曲线；建立了孔洞位置大小完全随机的泡沫材料模型，分别进行了试验研究和数值模拟研究铝泡沫材料的拉拉疲劳特性，发现泡沫材料的疲劳分散性和大孔占比有一定的关系，给出了一个大孔占比参数Dth，研究了该参数与疲劳寿命的关系，从而可以更好地预测泡沫材料的疲劳寿命；提出了一个利用交变载荷试验预测粘弹性材料蠕变特性和损伤特性的方法，并利用该方法实验研究了高分子材料PC和固体推进剂材料的蠕变特性和损伤特性；研究了高分子材料的微动疲劳特性，给出了一个修正SWT参数，很好地将多种压头形状的微动疲劳试验结果统一到一条微动疲劳曲线上；研究了单镜头测量物体三维相貌的方法，利用理论和实验标定相结合的方法，模糊宽度与离面位移的一一对应关系，并证明了该关系只和相机参数有关，标定结果可以通用于多种测量环境。