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1、聚合物的强度及格理非斯断裂理论主要内容：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。8.3 聚合物的断裂与强度强度是指物质抵 抗破坏的能力张应力张应力拉伸强度拉伸强度弯曲力矩弯曲力矩抗弯强度抗弯强度压应力压应力压缩强度压缩强度拉伸模量拉伸模量弯曲模量弯曲模量硬硬 度度如何区分 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8.3.1 8.3.1 脆性断裂与韧性断裂脆性断裂与韧性断裂脆性断裂脆性断裂屈服前屈服前 断裂断裂无塑性无塑性 流动流动表面光滑表面光滑张应力张应力
2、分量分量韧性断裂韧性断裂屈服后屈服后 断裂断裂有塑性有塑性 流动流动表面粗糙表面粗糙切应力切应力 分量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 大小粗糙材料的断裂方式分析聚合物材料的破坏可能是高分子主链的化学键断裂或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。是高分子分子间滑脱或分子链间相互作用力的破坏。化学键拉断化学键拉断1500015000MPaMPa分子间滑脱分子间滑脱50005000MPaMPa分子间扯离分子
3、间扯离氢键氢键 500 500MPaMPa范德华力范德华力 100 100MPaMPa理论值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？e.g.PA, 60 MPaPPO, 70 MPa理论值与实验结果相差原因理论值与实验结果相差原因样条存在缺陷样条存在缺陷应力集中应力集中polymer based concrete containing spherical inorganic particlesfatigue fracture surfaceSEM fracture surface of polymer and wood matrixCom
4、paring of brittle and ductile fractures（分析判断）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 剪切应力脆韧转变温度 TbTb 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TTb, 先达到y ，韧性断裂App
5、lication对材料一般使用温度为哪一段？T TbTb越低材料韧性越好差TbTgTfTdThree statesTgTfExample PC聚碳酸酯Tg=150CTb=-20C室温下易不易碎？Example PMMA聚甲基丙烯酸甲酯Tg=100CTb=90C室温下脆还是韧 ？Acrylic-PMMAThe influence on Tb（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 。8.3.2 Griffith crack theory断裂理论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
6、力多大？Griffith theory无限大平板中椭圆形裂缝的应力集中考察椭圆周围什么地方受力最大？应力集中处（多大？）Ellipsoidab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 ：临界应力强度K1c和应力强度因子K1Critical stress intensity KIcStress intensity factor K1E-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 稳定本讲小结
