第8章-聚合物的粘弹性与屈服行为课件.ppt
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1、8.1引言图8-1非晶态聚合物的模量E随温度T变化的典型曲线普通粘、弹概念普通粘、弹概念粘粘 同黏:象糨糊或胶水等所具有的、能使同黏:象糨糊或胶水等所具有的、能使一个物质附着在另一个物体上的性质。一个物质附着在另一个物体上的性质。弹弹 由于物体的弹性作用使之射出去。由于物体的弹性作用使之射出去。弹簧弹簧 利用材料的弹性作用制得的零件,在外力利用材料的弹性作用制得的零件,在外力作用下能发生形变(伸长、缩短、弯曲、扭转作用下能发生形变(伸长、缩短、弯曲、扭转等),除去外力后又恢复原状。等),除去外力后又恢复原状。8.2聚合物的粘弹性行为8.2.1基本概念 材料的粘、弹基本概念材料的粘、弹基本概念材
2、料对外界作用材料对外界作用力力的不同响应情况的不同响应情况典型典型小分子固体小分子固体 弹性弹性小分子液体小分子液体 粘性粘性恒定力或形变恒定力或形变- -静态静态变化力或形变变化力或形变- -动态动态理想弹性体(如弹簧)在外力作用下平衡形变瞬理想弹性体(如弹簧)在外力作用下平衡形变瞬间达到,与时间无关;理想粘性流体(如水)在间达到,与时间无关;理想粘性流体(如水)在外力作用下形变随时间线性发展。外力作用下形变随时间线性发展。聚合物的形变与时间有关,但不成线性关系,两聚合物的形变与时间有关,但不成线性关系,两者的关系介乎理想弹性体和理想粘性体之间,聚者的关系介乎理想弹性体和理想粘性体之间,聚合
3、物的这种性能称为合物的这种性能称为粘弹性粘弹性。理想弹性体、理想粘性液体理想弹性体、理想粘性液体和粘弹性和粘弹性高聚物粘弹性高聚物粘弹性 The viscoelasticity of polymers高聚物材料表现出弹性和粘性的结合高聚物材料表现出弹性和粘性的结合在实际形变过程中,粘性与弹性总是共存的在实际形变过程中,粘性与弹性总是共存的聚合物受力时,应力同时依赖于聚合物受力时,应力同时依赖于应变应变 和和应变速应变速率率 ,即具备固、液二性,其力学行为介于理想,即具备固、液二性,其力学行为介于理想弹性体和理想粘性体之间。弹性体和理想粘性体之间。 8.2.2两种基本元件图8-3弹性元件的线性弹
4、簧和粘性元件的阻尼器a)弹性元件b)粘性元件kkkMaxwell模型模型虎克弹簧弹簧牛顿牛顿粘壶1=E122ddt线性高聚物的应力松弛线性高聚物的应力松弛tt0( )MaxwellMaxwell模型的应力松弛曲线模型的应力松弛曲线8.2.3串联模型 k k tdd图8-4麦克斯韦模型和开尔文模型 如果以恒定的如果以恒定的作用于模型作用于模型, 弹簧与粘壶受力相同弹簧与粘壶受力相同: = 1= 2 形变应为两者之和:形变应为两者之和: =1 + 2其应变速率:其应变速率:12ddddtdtdt弹簧弹簧:111dddtE dt粘壶粘壶:22ddt121dddtE dtMaxwell 运动方程运动方
5、程模拟应力松弛:描述模拟应力松弛:描述应力松弛应力松弛 根据定义:根据定义:=常数(恒应变下),常数(恒应变下),1210dE dt10dE dt12分离变量:分离变量:dEdt根据模型:根据模型:0/ddt应力松弛方程t=时, (t) = 0 0 /e 的物理意义为应力松弛到的物理意义为应力松弛到0 0 的的 1/e1/e的时间的时间-松弛时间松弛时间 t ,(t) 0 应力完全松弛应力完全松弛 当当t=0 ,=0 时积分:时积分:0( )0ttdEdt0( )lntEt0( )Ette0( )Ette/0( )tte令=/Ett0()可模拟线性高聚物可模拟线性高聚物应力松弛应力松弛 高聚物
6、动态力学行为高聚物动态力学行为不可模拟蠕变(相当于牛顿流体的粘性流动)不可模拟蠕变(相当于牛顿流体的粘性流动) 交联高聚物应力松弛交联高聚物应力松弛Voigt(Kelvin)Voigt(Kelvin)模型模型Voigt(Kelvin)模型22ddt蠕变及蠕变回复曲线t描述交联高聚物的蠕变方程描述交联高聚物的蠕变方程11E8.2.4并联模型k 应力由两个元件共同承担,应力由两个元件共同承担, 始终满足始终满足 =1 1+2 2形变量相同形变量相同12( )dtEdt VoigtVoigt运动方程运动方程 蠕变过程:蠕变过程:根据定义根据定义(t)=0,0dEdt分离变量:分离变量:1ddtE0(
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- 聚合物 粘弹性 屈服 行为 课件
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