界面對顆粒填充PTFE力學性能影響研究.pdf

1、顆粒填充復合材料的力學性能和失效機理，不僅與基體和填充相本身性質(zhì)相關，而且與界面性能也有密切關系。尤其是界面層的損傷，對材料宏觀力學行為和失效機理影響很大。
　　 為了研究界面層對顆粒填充復合材料性能的影響，本文選用玻璃微珠填充聚四氟乙烯為材料，進行實驗和數(shù)值模擬研究，獲得材料整體宏觀力學特性和細觀力學性能。實驗分析了在單軸拉伸和復雜應力狀態(tài)下，復合材料的整體宏觀力學特性。討論了顆粒體積含量、應力狀態(tài)以及界面連接狀態(tài)對材料力學性

2、能的影響。結果顯示，隨著玻璃微珠體積含量的增加，材料的彈性模量、斷裂應變以及屈服強度會隨著顆粒含量的增加而降低，應力狀態(tài)對材料韌性影響很大。并且對拉伸試樣斷口進行掃描電鏡觀察，可以獲得玻璃微珠在基體中的分布狀況，以及玻璃微珠與基體的連接狀態(tài)、同時通過微觀觀察結果驗證了拉伸實驗結果。微珠與基體的界面連接非常弱，材料的破壞主要發(fā)生在界面。
　　 利用ABAQUS有限元軟件，結合Gurson-Tvergaard-Needlman的連續(xù)

3、損傷材料本構模型(簡稱GTN模型)模擬單軸和切口試樣的拉伸過程，研究試樣的韌性斷裂過程，分析材料韌性、損傷起始點的宏、微觀影響因素，揭示微孔洞在不同應力狀態(tài)下的演化過程。模擬結果顯示，GTN模型能合理模擬試樣拉伸過程中的頸縮現(xiàn)象。試樣中裂紋開始形成階段孔洞長大聚合效果顯著，而形核作用相對比較弱。等效塑性應變和應力三軸度是影響塑性斷裂的主要因素，兩者相互制約，共同決定了試樣的塑性斷裂過程。
　　 利用ABAQUS建立了包含顆粒、基

4、體和界面層三相材料的三維單胞模型，研究不同界面層厚度、界面層性能對材料宏觀應力應變以及局部應力分布的影響。結果顯示，當界面層厚度為0.035倍單胞長度時，模擬和實驗的結果吻合較好。界面層越厚彈性模量越小、應力分布越均勻；此外，將界面層設定為粘著單元，使用牽引力－分離位移法則(Traction-Separation Law)成功模擬了界面脫粘損傷過程，并分析了界面脫粘對材料力學性能的影響。結果顯示界面脫粘將從極點開始，再從極點一直擴展到赤