聚合物持久与瞬时极限力学性能预示方法
【技术领域】
[0001] 本发明是涉及一种粘弹性材料极端状态力学性能评价技术，具体说是一种聚合物 持久与瞬时极限力学性能预示方法。
【背景技术】
[0002] 现有技术中，通常采用应力应变主曲线预示法，它利用聚合物粘弹性的时温等效 原理，用高温模拟持久状态，用低温模拟瞬时状态。对材料进行一系列温度下不同应变速率 的应力应变试验，得到材料极限力学性能-应变速率曲线，通过曲线平移，将不同温度的试 验曲线搭接成一条曲线，形成一条参考温度下极限力学性能主曲线。在力学性能主曲线上， 直接读出参考温度下一定应变速率对应的极限力学性能预示值。主曲线预示法的主要缺陷 是：受聚合物材料特性的影响，断裂应变的时温等效性能不理想；预示时间尺度偏小；应 力应变测试是破坏性试验，工作量大。
【发明内容】
[0003] 本发明是要提供一种聚合物持久与瞬时极限力学性能预示方法，它W应力松弛 主曲线为基础，可靠地通过公式计算获得最大抗拉强度和最大断裂应变。
[0004] 本发明的技术方案是：
[0005] 设计一种聚合物持久与瞬时极限力学性能预示方法，包括下列步骤；条件选取与 样品制备、力学试验、曲线制作与数据预示；在条件选取与样品制备阶段，预示对象是一切 具有粘弹性的材料；在力学试验阶段，进行系列温度下的应力松弛试验、蠕变破坏试验和应 力松弛破坏试验，获得松弛模量、破坏时间等数据；在曲线制作与数据预示阶段，根据力学 试验结果和预示目标，制作系列温度下的松弛模量-时间曲线和松弛模量主曲线，确定一 组极限力学性能与作用时间关系，获得聚合物持久与瞬时断裂应变或断裂强度预示值。
[0006] 在曲线制作与数据预示阶段，根据应力松弛试验结果，制作系列温度下的松弛模 量-时间曲线，通过曲线平移，得到松弛模量主曲线；根据蠕变破坏试验和应力松弛破坏试 验结果，确定一组极限力学性能与作用时间关系；根据预示目标确定需要预示的瞬时或持 久时间尺度，按照极限力学性能与松弛模量关系式，计算获得预示时间尺度对应的极限力 学性能，即获得聚合物持久与瞬时断裂应变或断裂强度预示值。
[0007] 在曲线制作与数据预示阶段，在预示的时间尺度下，材料处于粘弹态。在曲线制作 与数据预示阶段，预示目标时间尺度与蠕变破坏或应力松弛破坏试验的时间尺度差异不小 于2个数量级。
[0008] 本发明的有益技术效果是；首先由于在力学试验阶段，通过非破坏性的应力松弛 试验获得松弛模量主曲线，因而可少量的试验达到目的，节省了大量的材料和试验时 间。同时由于在曲线制作与数据预示阶段，松弛模量主曲线可读取的时间尺度比应力应变 主曲线更加宽泛，可预示的时间尺度更宽。另外由于在曲线制作与数据预示阶段，根据粘弹 理论和应力应变主曲线，推导获得极限力学性能与应力应变关系式，因而预示方法简单有 效，预示数据准确可靠。本发明还具有粘弹理论科学、试验操作方便、试验过程简化、试验条 件合理的优点。
【附图说明】
[0009] 图1是松弛模量主曲线图。
[0010] 图中，参考温度L=25°c ;横坐标为折合时间对数，时间单位为砂；纵坐标为松弛模 量对数，单位为MPa,其中松弛模量值作了温度修正。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合实施例对本发明进一步说明。
[0012] 预示硝酸醋增塑聚離（肥阳）推进剂在-2(TC下点火状态的抗拉强度和断裂应变， 并预示胆存5年是否会发生持久破坏。已知该推进剂玻璃化温度为-47. 8C，常温抗拉强度 0 m=0. 75MPa，断裂应变e b=l. 13 (测试条件；25°C，lOOmm/min)。该推进剂装填的发动机点 火达到峰值的时间为tf=25ms，胆存期间药柱最危险部位应力不大于0. 20MPa，应变不大于 0. 15,胆存温度上限为25C。
[0013] 步骤一，条件选取与样品制备。
[0014] 在条件选取与样品制备阶段，预示对象是一切具有粘弹性的材料。
[0015] 将需要预示的材料制成适合力学性能测试的试件，根据材料特性、预示目标确定 试验条件与预示参数。
[0016] 样品制备；将经过混合、真空德注和固化工艺得到的肥PE推进剂方逐切制成10mm 厚试片，将试片切制成哑铃型单向拉伸试件。
[0017] 试验条件选取：应力松弛试验采用标准为中国标准GJB770B-2005《火药 试验方法》，应力松弛试验温度要高于材料玻璃化温度，确定应力松弛试验试验温度 为-4(TC、-3(TC、-2(TC、-1(TC、5°C、25°C、5(TC和7(TC，参考温度取日常胆存的上限温度 25C。应力松弛破坏试验的松弛应变根据材料的常规测定的断裂应变Eb确定，松 弛应变￡^5一般取^^^，因此取￡b，s=〇.6〇。蠕变破坏试验的蠕变应力〇m，,，根据抗 拉强度0 m确定，蠕变应力0 m，，一般取^?^，因此取0 m，,=〇. 50MPa。
[0018] 名称与符号注释：参考温度L，抗拉强度〇m，松弛应变eb，s,应力松弛破坏时间 t,，,，断裂应变￡b，蠕变应力〇m，s,蠕变破坏时间t。，,，时间尺度tp，松弛模量E(t,，,)，蠕 变柔量F(t。，,）。
[0019] 步骤二，力学试验。
[0020] 按照步骤一确定的试验条件，在力学试验阶段，进行应力松弛试验、蠕变破坏试验 和应力松弛破坏试验，获得松弛模量、蠕变破坏时间和应力松弛破坏时间等数据。
[0021] 试验测得8个温度水平下推进剂拉伸应力松弛模量如表1。蠕变应力 0 m，s=〇. 50MPa时蠕变破坏时间tn，s=4756 (S)，松弛应变e b，s=〇. 60时应力松弛破坏时间 te,曰=8508 (S)。
[0022] 表1推进剂应力松弛模量测试数据（Er/MPa)
[0023]
【主权项】
1. 一种聚合物持久与瞬时极限力学性能预示方法，包括下列步骤：条件选取与样品 制备、力学试验、曲线制作与数据预示；其特征在于：在条件选取与样品制备阶段，预示对 象是一切具有粘弹性的材料；在力学试验阶段，进行系列温度下的应力松弛试验、蠕变破坏 试验和应力松弛破坏试验，获得松弛模量、破坏时间等数据；在曲线制作与数据预示阶段， 根据力学试验结果和预示目标，制作系列温度下的松弛模量-时间曲线和松弛模量主曲 线，确定一组极限力学性能与作用时间关系，获得聚合物持久与瞬时断裂应变或断裂强度 预示值。
2. 根据权利要求1所述的聚合物持久与瞬时极限力学性能预示方法，其特征是：在曲 线制作与数据预示阶段，根据应力松弛试验结果，制作系列温度下的松弛模量-时间曲线， 通过曲线平移，得到松弛模量主曲线；根据蠕变破坏试验和应力松弛破坏试验结果，确定一 组极限力学性能与作用时间关系；根据预示目标确定需要预示的瞬时或持久时间尺度，按 照极限力学性能与松弛模量关系式，计算获得预示时间尺度对应的极限力学性能，即获得 聚合物持久与瞬时断裂应变或断裂强度预示值。
3. 根据权利要求1所述的聚合物持久与瞬时极限力学性能预示方法，其特征是：在曲 线制作与数据预示阶段，在预示的时间尺度下，材料处于粘弹态。
4. 根据权利要求1所述的聚合物持久与瞬时极限力学性能预示方法，其特征是：在曲 线制作与数据预示阶段，预示目标时间尺度与蠕变破坏或应力松弛破坏试验的时间尺度差 异不小于2个数量级。
【专利摘要】本发明是一种用于粘弹性材料性能评价的聚合物持久与瞬时极限力学性能预示方法。包括下列步骤：条件选取与样品制备、力学试验、曲线制作与数据预示。条件选取与样品制备时，预示对象是一切具有粘弹性的材料。力学试验时，进行系列温度下的应力松弛试验、蠕变破坏试验和应力松弛破坏试验，获得松弛模量、破坏时间等数据；在曲线制作与数据预示阶段，根据力学试验结果和预示目标，制作系列温度下的松弛模量-时间曲线和松弛模量主曲线，确定一组极限力学性能与作用时间关系，获得聚合物持久与瞬时断裂应变或断裂强度预示值。本发明的优点是：方法简单有效、数据准确可靠、试验操作方便、试验过程简化、试验条件合理。
【IPC分类】G01N3-18
【公开号】CN104568602
【申请号】CN201310469697
【发明人】池旭辉, 庞爱民, 朱学珍, 常华, 封学华
【申请人】湖北航天化学技术研究所
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月10日