聚合物持久與瞬時極限力學性能預示方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明是涉及一種粘彈性材料極端狀態(tài)力學性能評價技術，具體說是一種聚合物 持久與瞬時極限力學性能預示方法。
【背景技術】
[0002] 現有技術中，通常采用應力應變主曲線預示法，它利用聚合物粘彈性的時溫等效 原理，用高溫模擬持久狀態(tài)，用低溫模擬瞬時狀態(tài)。對材料進行一系列溫度下不同應變速率 的應力應變試驗，得到材料極限力學性能-應變速率曲線，通過曲線平移，將不同溫度的試 驗曲線搭接成一條曲線，形成一條參考溫度下極限力學性能主曲線。在力學性能主曲線上， 直接讀出參考溫度下一定應變速率對應的極限力學性能預示值。主曲線預示法的主要缺陷 是：受聚合物材料特性的影響，斷裂應變的時溫等效性能不理想；預示時間尺度偏?。粦?力應變測試是破壞性試驗，工作量大。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明是要提供一種聚合物持久與瞬時極限力學性能預示方法，它W應力松弛 主曲線為基礎，可靠地通過公式計算獲得最大抗拉強度和最大斷裂應變。
[0004] 本發(fā)明的技術方案是：
[0005] 設計一種聚合物持久與瞬時極限力學性能預示方法，包括下列步驟；條件選取與 樣品制備、力學試驗、曲線制作與數據預示；在條件選取與樣品制備階段，預示對象是一切 具有粘彈性的材料；在力學試驗階段，進行系列溫度下的應力松弛試驗、蠕變破壞試驗和應 力松弛破壞試驗，獲得松弛模量、破壞時間等數據；在曲線制作與數據預示階段，根據力學 試驗結果和預示目標，制作系列溫度下的松弛模量-時間曲線和松弛模量主曲線，確定一 組極限力學性能與作用時間關系，獲得聚合物持久與瞬時斷裂應變或斷裂強度預示值。
[0006] 在曲線制作與數據預示階段，根據應力松弛試驗結果，制作系列溫度下的松弛模 量-時間曲線，通過曲線平移，得到松弛模量主曲線；根據蠕變破壞試驗和應力松弛破壞試 驗結果，確定一組極限力學性能與作用時間關系；根據預示目標確定需要預示的瞬時或持 久時間尺度，按照極限力學性能與松弛模量關系式，計算獲得預示時間尺度對應的極限力 學性能，即獲得聚合物持久與瞬時斷裂應變或斷裂強度預示值。
[0007] 在曲線制作與數據預示階段，在預示的時間尺度下，材料處于粘彈態(tài)。在曲線制作 與數據預示階段，預示目標時間尺度與蠕變破壞或應力松弛破壞試驗的時間尺度差異不小 于2個數量級。
[0008] 本發(fā)明的有益技術效果是；首先由于在力學試驗階段，通過非破壞性的應力松弛 試驗獲得松弛模量主曲線，因而可少量的試驗達到目的，節(jié)省了大量的材料和試驗時 間。同時由于在曲線制作與數據預示階段，松弛模量主曲線可讀取的時間尺度比應力應變 主曲線更加寬泛，可預示的時間尺度更寬。另外由于在曲線制作與數據預示階段，根據粘彈 理論和應力應變主曲線，推導獲得極限力學性能與應力應變關系式，因而預示方法簡單有 效，預示數據準確可靠。本發(fā)明還具有粘彈理論科學、試驗操作方便、試驗過程簡化、試驗條 件合理的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0009] 圖1是松弛模量主曲線圖。
[0010] 圖中，參考溫度L=25°c ;橫坐標為折合時間對數，時間單位為砂；縱坐標為松弛模 量對數，單位為MPa,其中松弛模量值作了溫度修正。
【具體實施方式】
[0011] 下面結合實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0012] 預示硝酸醋增塑聚離（肥陽）推進劑在-2(TC下點火狀態(tài)的抗拉強度和斷裂應變， 并預示膽存5年是否會發(fā)生持久破壞。已知該推進劑玻璃化溫度為-47. 8C，常溫抗拉強度 0 m=0. 75MPa，斷裂應變e b=l. 13 (測試條件；25°C，lOOmm/min)。該推進劑裝填的發(fā)動機點 火達到峰值的時間為tf=25ms，膽存期間藥柱最危險部位應力不大于0. 20MPa，應變不大于 0. 15,膽存溫度上限為25C。
[0013] 步驟一，條件選取與樣品制備。
[0014] 在條件選取與樣品制備階段，預示對象是一切具有粘彈性的材料。
[0015] 將需要預示的材料制成適合力學性能測試的試件，根據材料特性、預示目標確定 試驗條件與預示參數。
[0016] 樣品制備；將經過混合、真空德注和固化工藝得到的肥PE推進劑方逐切制成10mm 厚試片，將試片切制成啞鈴型單向拉伸試件。
[0017] 試驗條件選?。簯λ沙谠囼灢捎脴藴蕿橹袊鴺藴蔊JB770B-2005《火藥 試驗方法》，應力松弛試驗溫度要高于材料玻璃化溫度，確定應力松弛試驗試驗溫度 為-4(TC、-3(TC、-2(TC、-1(TC、5°C、25°C、5(TC和7(TC，參考溫度取日常膽存的上限溫度 25C。應力松弛破壞試驗的松弛應變根據材料的常規(guī)測定的斷裂應變Eb確定，松 弛應變￡^5一般取^^^，因此取￡b，s=〇.6〇。蠕變破壞試驗的蠕變應力〇m，,，根據抗 拉強度0 m確定，蠕變應力0 m，，一般取^?^，因此取0 m，,=〇. 50MPa。
[0018] 名稱與符號注釋：參考溫度L，抗拉強度〇m，松弛應變eb，s,應力松弛破壞時間 t,，,，斷裂應變￡b，蠕變應力〇m，s,蠕變破壞時間t。，,，時間尺度tp，松弛模量E(t,，,)，蠕 變柔量F(t。，,）。
[0019] 步驟二，力學試驗。
[0020] 按照步驟一確定的試驗條件，在力學試驗階段，進行應力松弛試驗、蠕變破壞試驗 和應力松弛破壞試驗，獲得松弛模量、蠕變破壞時間和應力松弛破壞時間等數據。
[0021] 試驗測得8個溫度水平下推進劑拉伸應力松弛模量如表1。蠕變應力 0 m，s=〇. 50MPa時蠕變破壞時間tn，s=4756 (S)，松弛應變e b，s=〇. 60時應力松弛破壞時間 te,曰=8508 (S)。
[0022] 表1推進劑應力松弛模量測試數據（Er/MPa)
[0023]
【主權項】
1. 一種聚合物持久與瞬時極限力學性能預示方法，包括下列步驟：條件選取與樣品 制備、力學試驗、曲線制作與數據預示；其特征在于：在條件選取與樣品制備階段，預示對 象是一切具有粘彈性的材料；在力學試驗階段，進行系列溫度下的應力松弛試驗、蠕變破壞 試驗和應力松弛破壞試驗，獲得松弛模量、破壞時間等數據；在曲線制作與數據預示階段， 根據力學試驗結果和預示目標，制作系列溫度下的松弛模量-時間曲線和松弛模量主曲 線，確定一組極限力學性能與作用時間關系，獲得聚合物持久與瞬時斷裂應變或斷裂強度 預示值。
2. 根據權利要求1所述的聚合物持久與瞬時極限力學性能預示方法，其特征是：在曲 線制作與數據預示階段，根據應力松弛試驗結果，制作系列溫度下的松弛模量-時間曲線， 通過曲線平移，得到松弛模量主曲線；根據蠕變破壞試驗和應力松弛破壞試驗結果，確定一 組極限力學性能與作用時間關系；根據預示目標確定需要預示的瞬時或持久時間尺度，按 照極限力學性能與松弛模量關系式，計算獲得預示時間尺度對應的極限力學性能，即獲得 聚合物持久與瞬時斷裂應變或斷裂強度預示值。
3. 根據權利要求1所述的聚合物持久與瞬時極限力學性能預示方法，其特征是：在曲 線制作與數據預示階段，在預示的時間尺度下，材料處于粘彈態(tài)。
4. 根據權利要求1所述的聚合物持久與瞬時極限力學性能預示方法，其特征是：在曲 線制作與數據預示階段，預示目標時間尺度與蠕變破壞或應力松弛破壞試驗的時間尺度差 異不小于2個數量級。
【專利摘要】本發(fā)明是一種用于粘彈性材料性能評價的聚合物持久與瞬時極限力學性能預示方法。包括下列步驟：條件選取與樣品制備、力學試驗、曲線制作與數據預示。條件選取與樣品制備時，預示對象是一切具有粘彈性的材料。力學試驗時，進行系列溫度下的應力松弛試驗、蠕變破壞試驗和應力松弛破壞試驗，獲得松弛模量、破壞時間等數據；在曲線制作與數據預示階段，根據力學試驗結果和預示目標，制作系列溫度下的松弛模量-時間曲線和松弛模量主曲線，確定一組極限力學性能與作用時間關系，獲得聚合物持久與瞬時斷裂應變或斷裂強度預示值。本發(fā)明的優(yōu)點是：方法簡單有效、數據準確可靠、試驗操作方便、試驗過程簡化、試驗條件合理。
【IPC分類】G01N3-18
【公開號】CN104568602
【申請?zhí)枴緾N201310469697
【發(fā)明人】池旭輝, 龐愛民, 朱學珍, 常華, 封學華
【申請人】湖北航天化學技術研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月10日