高分子物理Chapter 8-2详解.ppt

聚合物的强度及格理非斯断裂理论 8.3 聚合物的断裂与强度 8.3.1 脆性断裂与韧性断裂 材料的断裂方式分析 在断裂时三种方式兼而有之，通常聚合物理论断裂强度在几千MPa，而实际只有几十Mpa 。WHY？ polymer based concrete containing spherical inorganic particles fatigue fracture surface SEM fracture surface of polymer and wood matrix Comparing of brittle and ductile fractures（分析判断） 脆韧转变温度 Tb 断裂应力和屈服应力谁对应变速率更敏感？ 脆性断裂和韧性断裂判断 Application Example – PC聚碳酸酯 Example – PMMA聚甲基丙烯酸甲酯 Acrylic-PMMA The influence on Tb 8.3.2 Griffith crack theory断裂理论 无限大平板中椭圆形裂缝的应力集中 公式表达 Griffith crack theory 断裂理论 临界应力强度K1c和应力强度因子K1 Discussion Exercise 本讲小结 * * 主要内容： 聚合物的强度 聚合物的断裂形式 格理非斯断裂理论 本讲重点及要求：掌握聚合物的强度及格理非斯断裂理论。 教学目的：了解材料的破坏形式和理论，指导材料的制备和使用。 强度是指物质抵抗破坏的能力 张应力 拉伸强度 弯曲力矩 抗弯强度 压应力 压缩强度 拉伸模量 弯曲模量 硬 度 如何区分断裂形式？ ——关键看屈服 屈服前断脆性断裂 屈服后断韧性断裂 脆性断裂 屈服前断裂 无塑性流动 表面光滑 张应力分量 韧性断裂 屈服后断裂 有塑性流动 表面粗糙 切应力分量 相比于脆性断裂，韧性断裂的断裂面较为 断裂伸长率较 试样发生脆性或者韧性断裂与材料组成有关，除此之外，同一材料是发生脆性或韧性断裂还与温度T 和拉伸速度? 有关。 光滑 大 小 粗糙 聚合物材料的破坏可能是高分子主链的化学键断裂或是高分子分子间滑脱或分子链间相互作用力的破坏。 化学键拉断 15000MPa 分子间滑脱 5000MPa 分子间扯离 氢键 500MPa 范德华力 100MPa 理论值 e.g. PA, 60 MPa PPO, 70 MPa 理论值与实验结果相差原因 样条存在缺陷 应力集中 脆性断裂 韧性断裂 屈服 ?-?线 ?b 断裂能 断裂表面 断裂原因 无 有 无 有 线性 非线性 线性 非线性 小 大 小 大 小 大 小 大 平滑 粗糙 平滑 粗糙 发向应力 剪切应力 发向应力 剪切应力 Tb is also called brittle temperature. Brittle ductile transition 脆韧转变 ——脆化温度，脆化点 在一定速率下（不同温度）测定的断裂应力和屈服应力，作断裂应力和屈服应力随温度的变化曲线 TTb, 先达到?b，脆性断裂 T Tb, 先达到?y，韧性断裂 对材料一般使用温度为哪一段？ ——T Tb Tb越低材料韧性越 好 差 Tb~Tg Tf~Td Three states Tg~Tf Tg=150°C Tb=-20°C 室温下易不易碎？ Tg=100°C Tb=90°C 室温下脆还是韧？ （1）增加应变速率，脆化温度如何变化？ （2）存在缺口，形成应力集中，趋向于脆性，脆化温度升高。 为什么材料的实际强度远远低于理论强度？ 存在缺陷 为什么在缺陷处断裂？ 缺陷处应力集中 缺陷处应力多大？ Griffith theory 考察椭圆周围什么地方受力最大？ —应力集中处（多大？） Ellipsoid a b 对圆形，a=b 对椭圆，a增加，b减小 剧烈 ——最终结果就是断裂 打破沙锅问到底 问=纹 ——讨论什么时候裂纹开始扩展 E-弹性模量 Gc-拉伸过程中材料所吸收的能量 a-裂缝长度的一半 裂缝扩展的临界应力 Griffith从能量平衡的观点分析断裂过程，结果： Critical stress intensity KIc Stress intensity factor K1 E-弹性模量 Gc-拉伸过程中材料所吸收的能量 ——为裂纹扩展阻力 ——为裂纹扩展动力 力越强，?大；裂缝越长，a越大 临界应力强度KIc 应力强度因子K1 裂纹扩展阻力 裂纹扩展动力 临界应力强度KIc 应力强度因子K1 裂纹稳定 临界应力强度KIc 应力强度因子K1 裂纹扩展 现有一块有机玻璃(PMMA)板，内有长度为10mm的中心裂纹，该板受到一个均匀的拉伸应力?=450*106N/m2的作用力。已知该材料的临界应力强度因