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《扬州大学》 2005年
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高聚物与水泥砂浆材料率相关本构模型研究

常留红  
【摘要】:高分子聚合物材料与水泥混凝土材料是目前世界上应用比较广泛的结构材料。高分子聚合物制成土工合成材料造价低廉,施工方便,被广泛应用于水利工程中作为防渗材料、各类结构以及受力材料。一直以来,提高材料的强度和增加材料的韧性是材料科学研究永恒的主题,不少学者结合高分子材料具有高比强度、高比韧性和能耗低等优点,将高分子材料应用到混凝土材料中,以改善其韧性和流变性。本文通过对典型的具有粘弹性特性的高分子材料聚丙烯(PP)和高密度聚乙烯(HDPE)进行不同应变率条件下循环加载实验,分析了PP和HDPE两种材料在加载过程和卸载过程中的率相关性。结合理论分析和实验研究,发现自然对数坐标下,材料的松弛时间与应变率成线性关系,而材料的初始弹性模量随应变率成对数变化,从而建立了在加载和卸载过程中高分子材料的率型非线性粘弹性本构关系,采用该模型进行理论预测,并与实验数据进行比较,发现理论预测的应力-应变曲线与实验结果比较吻合,说明该模型能较准确地反映材料在轴向拉伸条件下的力学响应。在此基础上,对尼龙材料在不同塑性变形时的卸载曲线进行了飞验研究和数值拟合,拟合结果发现,在材料应力下降前,不同的塑性变形量对材料的卸载规律没有显著的影响。 粒子填充是材料增韧的一种有效途径,本文通过研究含二相粒子高聚物材料中粒子界面脱粘问题,首先提出了三维应力状态下具有非线性粘性效应的高聚物基体材料的本构关系;其次,对无限大高聚物基体中粒子—基体界面脱粘问题进行了分析,导出了求解界面脱粘临界时间的方程,并且给出了常应变条件下界面脱粘时间表达式;最后通过数值计算,讨论了界面脱粘临界时间的影响因素。计算结果表明:粒子尺度、加载速率、界面粘结能和非线性粘性参数对界面脱粘时间有重要的影响。 随着科技的发展,混凝土结构形式、工作环境和荷载等日益复杂化,从而导
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