[發明專利]一種硬質泡沫長期蠕變性能加速表征方法

在審

• 申請號: 202110378549.4
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113138123A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 楊春浩;張鵬;馬吳寧;仲健林;張震東
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G16C60/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 汪清

本發明提供了一種硬質泡沫長期蠕變性能加速表征方法，基于對PMI材料進行的四種溫度下的逐級加載蠕變試驗，獲得PMI材料在不同溫度和載荷條件下的蠕變曲線。并將分級等應力法與時間?溫度等效原理相結合，組成分級等應力?時溫等效法方法，構建了PMI材料的蠕變性能主曲線，實現了PMI材料長期蠕變性能的加速表征。該方法應用等效原理將原本耗時較長蠕變性能的力學試驗通過升高溫度、載荷并沿對數時間軸移位的方式構建出參考應力和溫度下的主曲線。該主曲線表征的時間跨度可擴展到試驗時長的數個甚至數十個數量級，進而大大縮短試驗時間。

技術領域

本發明屬于彈塑性材料蠕變特性研究領域，特別是一種硬質泡沫長期蠕變性能加速表征方法。

背景技術

聚甲基丙烯酸甲酯(PMI)等材料因其良好的緩沖減振性能、高比強度、高比剛度、性能可設計和易加工成型等優勢在諸多領域均獲得了廣泛應用。與傳統彈塑性材料的力學特性不同，此類材料往往在常溫下即表現出粘彈性力學特性，即其力學參數具有時間、溫度、應力和應變率相關性。在剛強度滿足設計要求的前提下，此類粘彈性材料的失效形式多源于長期工作產生的蠕變和應力松弛所導致的力學性能減弱甚至損傷和斷裂。

現階段關于PMI等材料的蠕變研究基本都是基于宏觀蠕變實驗，通過對蠕變實驗進行數據分析，尋找規律建立蠕變本構模型并進行材料蠕變壽命預測。當前主流的對材料長期蠕變性能加速表征方法的研究主要基于時間溫度等效原理(TTSP)、與分級等應力方法(SSM)進行研究，利用TTSP方法可以理解為原本耗時較長的力學試驗通過升高溫度并沿對數時間軸移位的方式構建出某一參考溫度下的主曲線。該主曲線的時間跨度可擴展到試驗時長的數個甚至數十個數量級，進而大大較短試驗時間。SSM方法即使用單個試驗件在恒定溫度下進行加載，使用階梯載荷進行加載且每級載荷均持續一定時間，經過垂直移位、曲線重構、水平移位，最終通過在對數坐標軸上對曲線進行水平移位獲得材料在參考應力σ₀下的蠕變主曲線。在應用這些等效原理時，對已獲得的試驗曲線進行移位并構建出較為理想的主曲線進而獲得材料長期力學性能是試驗的最終目的。

以上等效原理雖然可以作為一種材料長期蠕變性能加速表征的方法，但在實際的應用中存在試驗件數量過多，試驗件間形狀誤差和初始缺陷等因素對試驗結果的影響過大，表征時間范圍相對較短的缺點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種硬質泡沫長期蠕變性能加速表征方法，以解決現有的加速表征材料長期蠕變特性的方法，TTSP與SSM中存在當其表征時間長時，其所需材料試件過多引起的誤差過多和表征時間范圍小的問題。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種硬質泡沫長期蠕變性能加速表征方法，包括以下步驟：

步驟1、對硬質泡沫材料進行蠕變試驗，得出硬質泡沫材料不同溫度條件下的時間-應變曲線實驗結果；

步驟2、對不同溫度下的時間-應變曲線分別進行垂直移動，得到各溫度下只保留蠕變和第一級彈性應變的應變-時間曲線；

在單一溫度下的時間-應變曲線，將每一級載荷瞬時的應變去掉，曲線下移，得出去除瞬時應變只保留蠕變和第一級彈性應變的應變-時間曲線；

步驟3、對各溫度下只保留蠕變和第一級彈性應變的應變-時間曲線進行重構，得到去除蠕變累積的各單級載荷獨立作用下的獨立蠕變曲線；

采用冪率函數擬合的方法得到除初始載荷外的其余各級載荷作用下從理論加載起點開始的蠕變曲線，將除第一級以外的其余各級載荷的理論加載起點均移動到時間零點處，并去除掉該級之前的前幾級載荷的蠕變累積，即可得到該單級載荷獨立作用下的獨立蠕變曲線；

步驟4、對已經獲得的該單級載荷獨立作用下的獨立蠕變曲線使用SSM方法進行水平移位，獲得材料在參考應力σ₀下的蠕變主曲線；