一种塑料拉伸疲劳寿命的测试方法.docx

Ξ一种塑料拉伸疲劳寿命的测试方法赵薇娜,陈利民ΞΞ,苏燕,王世(四川大学高分子科学与工程学院,四川成都610065)摘要:利用损伤力学方法对高分子材料的疲劳破坏过程进行研究,并使用VisualBasic语言进行编程,可通过此程序对疲劳过程进行计算并输出图线。这种基于高周疲劳损伤模型的数值模拟方法只要通过简单的拉伸实验得到材料的物性参数并将其带入此模型,即可对材料产生疲劳裂纹之前的损伤情况进行模拟并对可其失效寿命进行预测,节约了大量的时间和资金。关键词:高周疲劳;数值模拟;聚乙烯;损伤机理;寿命预测中图分类号:TQ320177文献标识码:A文章编号:1005-5770(2007)07-0047-04DeterminationMethodforTensileFatigueofPlasticsZHAOWei2na,CHENLi2min,SUYan,WANGShi2yu(CollegeofPolymerSci.andEng.,SichuanUniversity,Chengdu610065,China)Abstract:Thedamageprocessofpolymermaterialunderhighcyclefatiguewasanalyzedbasedonthetheoryofdamagemechanics,thefatigueprocesswascalculatedbymeansofVisualBasic,andsimplydrawingtestswerecarriedouttoobtaintheparametersofthematerial,whichweresubsequentlyusedinthenumericalsimulationofpolyethylenedamagemechanics.Thedamageconditionandlifetimeunderthehighcyclefatiguewereanalyzedbydamagemechanics,withwhichthedamagebeforethecrazeformationcouldbesimulated,andthelifetimeofthematerialcouldthusbepredicted,savinggreatmanytimeandfundsKeywords:HighCycleFatigue;NumericalSimulation;PE;DamageMechanism;LifetimePrediction疲劳是指材料在周期性交变载荷作用下发生的性能变化,疲劳寿命即试样在给定的交变应力或应变作用下断裂时的循环次数。根据加载方式的不同,疲劳可分为机械疲劳、蠕变疲劳、热机械疲劳、腐蚀疲劳、滚动接触疲劳、微观疲劳等1。此外,根据破坏时循环数的高低,还可将疲劳分为高周疲劳和低周疲劳,一般以105次作为高周疲劳与低周疲劳的分界目前基于塑料疲劳寿命的研究主要包括两方面,即用实验对疲劳寿命进行直接测试和对疲劳裂纹扩展寿命的理论预测。对疲劳寿命的实验测试是指对材料进行周期加载,通过加速实验来实际测试材料疲劳寿命的方法5。对疲劳寿命的理论预测是指通过对疲劳破坏过程机理的研究得到其数学模型,并通过数学计算对材料疲劳寿命进行模拟和预测的方法,这种方法不仅成本低廉而且十分方便,但其不足在于预测结果难于验证,可靠性较低。111拉伸疲劳寿命的实验测试目前在我国国家标准和ISO的标准中尚无疲劳试验方法,只在ASTM和DIN中有塑料的弯曲疲劳试验方法。在ASTMD671—1971中采用悬臂梁弯曲定形变振幅法,而DIN53442(1975)采用定弯曲形变振幅法测定塑料的弯曲疲劳6。除此之外,在标准文献中有许多关于金属的疲劳试验标准的说明,特别是ISO点2。在疲劳载荷作用下,材料内部产生不可逆的能耗过程,导致其强度性能不断下降,在材料内部产生错位、滑移、空洞等缺陷,并最终导致材料失效3。疲劳破坏是塑料制件最为常见的失效方式,约占其全部失效的50%～90%4。可以说疲劳强度是衡量塑料耐久性的一个重要指标,因此,对高分子材料的疲劳寿命进行研究和预测具有十分重要的意义。1测试拉伸疲劳寿命的传统方法ΞΞΞ国家自然科学基金资助项目,四川大学青年科学基金资助项目(4320405)联系人028scupolymer@yahoo1com1cn作者简介:赵薇娜,女,1982年生,在读硕士,主要研究方向为塑料压力管道快速开裂的疲劳机理与数值模拟。rabbit640@sohu1com1cn·48·塑料工业2007年R373(1964)7E206(1972)9BS3518第一部分(1962)8和ASTM中都有许多有关专业术语、数据处理使用VisualBasic语言进行编程