高分子物理Chapter 8-2.ppt
聚合物的强度及格理非斯断裂理论主要内容：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：掌握本讲重点及要求：掌握聚合物的强度及格理非斯断裂理论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和使用。8.3 聚合物的断裂与强度聚合物的断裂与强度强度是指物质抵强度是指物质抵抗破坏的能力抗破坏的能力张应力张应力张应力张应力拉伸强度拉伸强度拉伸强度拉伸强度弯曲力矩弯曲力矩弯曲力矩弯曲力矩抗弯强度抗弯强度抗弯强度抗弯强度压应力压应力压应力压应力压缩强度压缩强度压缩强度压缩强度拉伸模量拉伸模量拉伸模量拉伸模量弯曲模量弯曲模量弯曲模量弯曲模量硬硬硬硬 度度度度如何区分断裂形式？关键看屈服屈服前前断脆脆性断裂屈服后后断韧韧性断裂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脆性断裂脆性断裂屈服前屈服前屈服前屈服前断裂断裂断裂断裂无塑性无塑性无塑性无塑性流动流动流动流动表面光滑表面光滑表面光滑表面光滑张应力张应力张应力张应力分量分量分量分量韧性断裂韧性断裂韧性断裂韧性断裂屈服后屈服后屈服后屈服后断裂断裂断裂断裂有塑性有塑性有塑性有塑性流动流动流动流动表面粗糙表面粗糙表面粗糙表面粗糙切应力切应力切应力切应力分量分量分量分量相比于脆性断裂，韧性断裂的断裂面较为相比于脆性断裂，韧性断裂的断裂面较为 断裂伸长率较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此之外，同一材料是发生脆性或韧性断裂还与温度度T 和拉伸速度和拉伸速度 有关有关。光滑大小粗糙材料的断裂方式分析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。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化学键拉断化学键拉断1500015000MPaMPa分子间滑脱分子间滑脱分子间滑脱分子间滑脱50005000MPaMPa分子间扯离分子间扯离分子间扯离分子间扯离氢键氢键氢键氢键 500 500MPaMPa范德华力范德华力范德华力范德华力 100 100MPaMPa理论值理论值在断裂时三种方式兼而有之，通常聚合物理论断裂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强度在几千MPa，而实际只有几十而实际只有几十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样条存在缺陷样条存在缺陷应力集中应力集中应力集中应力集中polymer based concrete containing spherical inorganic particlesfatigue fracture surfaceSEM fracture surface of polymer and wood matrixComparing of brittle and ductile fractures（分析判断）分析判断）脆性断裂脆性断裂韧性断裂韧性断裂屈服屈服-线线 b断裂能断裂能断裂表面断裂表面断裂原因断裂原因无无有有无无有有线性线性非线性非线性线性线性非线性非线性小小大大小小大大小小大大小小大大平滑平滑粗糙粗糙平滑平滑粗糙粗糙发向应力发向应力 剪切应力剪切应力 发向应力发向应力 剪切应力剪切应力脆韧转变温度脆韧转变温度 TbTb is also called brittle temperature.Brittle ductile transition 脆韧转变脆化温度，脆化点脆化温度，脆化点在一定速率下（不同在一定速率下（不同温度）测定的断裂应温度）测定的断裂应力和屈服应力，作力和屈服应力，作断断裂应力裂应力和和屈服应力屈服应力随随温度的变化曲线温度的变化曲线断裂应力断裂应力和和屈服应力屈服应力谁对应变速率更敏感谁对应变速率更敏感？脆脆性断裂和韧韧性断裂判断TTb,先达到 y，韧韧性断裂Application对材料一般使用温度一般使用温度为哪一段？T TbTb越低材料韧性越越低材料韧性越好好差差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）增加应变速率增加应变速率，脆化温度如何变化？（2）存在缺口存在缺口，形成应力集中，趋向于脆性，脆化温度升高。8.3.2 Griffith crack theory断裂理论断裂理论为什么材料的实际强为什么材料的实际强度远远低于理论强度度远远低于理论强度？存在缺陷存在缺陷为什么在缺陷处断裂为什么在缺陷处断裂？缺陷处应力集中缺陷处应力集中缺陷处应力多大？缺陷处应力多大？Griffith theory无限大平板中椭圆形裂缝的应力集中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？）应力集中处（多大？）Ellipsoidab公式表达公式表达对圆形，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问到底问问=纹纹Griffith crack theory 断裂理论断裂理论讨论什么时候裂纹开始扩展讨论什么时候裂纹开始扩展E-弹性模量弹性模量Gc-拉伸过程中材料所吸收的能量拉伸过程中材料所吸收的能量a-裂缝长度的一半裂缝长度的一半裂缝扩展的临界应力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：从能量平衡的观点分析断裂过程，结果：临界应力强度临界应力强度K1c和应力强度因子和应力强度因子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阻力为裂纹扩展动力动力力越强，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裂纹稳定稳定临界应力强度KIc应力强度因子K1裂纹扩展扩展Exercise现有一块有机玻璃现有一块有机玻璃(PMMA)板，内有长度为板，内有长度为10mm的中心裂纹，的中心裂纹，该板受到一个均匀的拉伸应力该板受到一个均匀的拉伸应力=450*106N/m2的作用力。已知的作用力。已知该材料的临界应力强度因子该材料的临界应力强度因子KIc=84.7*106N/m2.m1/2,安全系数安全系数n=1.5,问板材结构是否安全？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裂纹稳定稳定本讲小结
