[發明專利]一種基于化學反應的材料力學性能統一表征方法

在審

• 申請號: 201910493312.3
• 申請日: 2019-06-06
• 公開（公告）號: CN110376054A
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 游卓;黎煥敏;張滿弓;張安付;蔡琛;何鵬;胡旭;趙愛國;吳濤;趙志高;張昊;錢家昌;肖國林;王磊;陳虹
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一九研究所
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N33/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 廖輝

本發明公開了一種基于化學反應的材料力學性能統一表征方法，屬于材料力學性能檢測技術領域。該方法的實現步驟如下：首先測量樣品的尺寸參數；然后利用靜動態綜合試驗獲得樣品的力?位移?時間曲線數據，其次在基于化學反應的材料彈性本構模型中輸入試驗過程參數，再將力?位移?時間曲線數據導入基于化學反應的材料彈性本構模型，最后通過優化算法自動擬合本構模型中的各項參數。本發明通過一個統一的模型解釋了材料和結構的多種靜動態力學性能，可以解決工程應用中復雜非金屬結構的多種力學性能因交錯在一起而造成分別試驗和預測時的不準確和脫離工程實際的問題，拓寬了非金屬材料在工程中的應用范圍，并為力學超材料技術的應用奠定技術基礎。

技術領域

本發明屬于材料力學性能檢測技術領域，具體涉及一種基于化學反應的材料力學性能統一表征方法。

背景技術

力學性能是材料應用時考慮的主要因素之一。經過長期的學習和追趕國外，我國的科技水平積累到當前，也迎來了技術創新與發展的新時代，各種創新產品不斷涌現。而隨著仿真設計技術、計算機技術、3D打印技術等新時代技術的深入應用與融合，創新產品中出現的復雜結構越來越多，應用的材料種類也越來越豐富。當所使用的材料并非簡單的線彈性或超彈性時，由于蠕變、松弛、馬林斯效應等多種非線性力學特征的綜合作用，結構的動態或長期工作狀態難以通過傳統的動靜比、蠕變指數、阻尼比、永久變形量等獨立的性能指標進行預測，這給材料的工程應用造成了困難，特別是在超材料隔振器，超材料減振器，超材料沖擊防護結構中的應用。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于化學反應的材料力學性能統一表征方法，通過建立基于化學反應的材料彈性模型進行反演擬合，得到表征材料綜合力學性能的參數組，用于預測使用高分子材料制成的復雜結構件靜剛度、動剛度、蠕變、阻尼等力學性能，解決了工程應用中復雜非金屬結構的多種力學性能因交錯在一起而造成分別試驗和預測時的不準確和脫離工程實際的問題。

一種基于化學反應的材料力學性能統一表征方法，該方法的實現步驟如下：

步驟一：測量樣品的尺寸參數；

步驟二：利用靜動態綜合試驗獲得樣品的力-位移-時間曲線數據，試驗過程為加載→保載→動態循環加載→卸載或者其他自定義過程；

步驟三：在基于化學反應的材料彈性本構模型中輸入試驗過程參數：起點、加載速率、終點、保載時間、動態加載頻率和振幅；

步驟四：將力-位移-時間曲線數據導入基于化學反應的材料彈性本構模型；

步驟五：通過優化算法自動擬合本構模型中的各項參數。

進一步地，所述基于化學反應的材料彈性本構模型定義為：

E_(t)＝E₁+Σ(E_t1+E_t2+…+E_ti+…+E_tn) (式1)

其中：

E_(t)為t時刻材料表現出的彈性模量；

E₁為材料不隨時間變化的彈性項，為線彈性或超彈性；

E_ti(i＝1,2,…,n)為第i種與應變相關的化學反應機理的瞬時彈性項，式2為針對可表現出常規的蠕變性能表征的一種E_ti的表達方式：

E_ti＝T_(i)×c_(i) (式2)

其中：

T_(i)為彈性常數，單位與彈性模量一致；