断裂与韧性-s聚合物结构.ppt

* * * * * * * * * 5.3 断裂与韧性 Ability of a material to absorb energy and deform plastically before fracturing. 断裂前发生塑性形变吸收能量的能力 什么是韧性？ 断裂与韧性 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 脆性断裂与韧性断裂 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 并且在断裂之前存在 。 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 脆性断裂和韧性断裂比较 脆性断裂 屈服 ?-?线 断裂伸长率?b 断裂能 断裂表面 无 有 线性 非线性 小,一般?b5% 大 小 大 平滑 粗糙 韧性断裂 Brittle and ductile fractures Brittle fracture surface Ductile fracture surface 材料的断裂方式 聚合物材料的破坏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 破坏分子间作用力 氢键 500MPa 范德华力 100MPa 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 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 Comparing of brittle and ductile fractures 脆性断裂 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 韧性断裂 断裂可简单定义为物体在外力作用下产生新表面的过程 即裂缝扩展的过程 模型体系： 无限大板， 单位厚度 （厚度＝1） s s 应力为? 形变为? Griffith理论 裂缝 微纤化　　　　银纹 银纹 主银纹 裂缝在银纹中的扩展 断裂理论 考察椭圆周围什么地方受力最大？ ——应力集中 Ellipsoid a b 公式表达 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 Griffith crack theory 断裂理论 ——讨论什么时候裂纹开始扩展 E-弹性储存能 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 临界应力强度K1c和应力强度因子K1 Critical stress intensity KIc Stress intensity factor K1 E-弹性储存能；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 Discussion 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 Exercise 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子KIc=84.7*106N/m2.m1/2,安全系数n=1.5,问板材结构是否安全？ a =10mm/2=5*10-3m 临界应力强度KIc 应力强度因子K1 裂纹稳定 增强 Reinforcement Carbon black reinforcement 粉末 Powder 纤维 Fiber 液晶 Liquid Crystal C SiO2 Glass fiber, Carbon fiber Polyester Filler 填料 Glass steel boat -- glassy fiber Racing car of Carbon Fibers Carbon fiber-wrapped bottle Glass fiber-wrapped bottle * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *