硬质聚氨酯泡沫塑料本构关系的研究

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聚氨酯泡沫塑料拉伸本构关系及其关系机理的研究

失效过程，结合宏观拉伸试件断口的扫描电镜分析，一步讨论了泡沫塑料在拉伸加载下的失效机理。基再进于泡沫塑料的拉伸应力一应变曲线．用数值方法拟合了泡沫塑料的拉伸本构关系。美键词：泡沫塑料拉伸失效本构关系
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第２３卷第２期
２００２正
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Ｖｏ．３Ｎｏ２１２．
Ｍａ．ｒ２００２
３月
ＡＣＴＡＡＥＲＯＮＡＵＴＩＣＡＥＴＴＲＮＡＵＴＩＡＳＯＣＡＩＣＡＳＮＩ
文章编号：００６９（０２０１卜０１０８３２０）２０５４
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ZL无溶剂硬质聚氨酯泡沫塑料系统研究共33页word资料

ZL无溶剂硬质聚氨酯泡沫塑料系统研究——北京振利高新技术公司一、聚氨酯与建筑节能（一）硬质聚氨酯泡沫塑料在建筑节能领域中的应用建筑节能是硬质聚氨酯泡沫塑料的最重要应用领域之一。

世界上很多国家对房屋建筑能量消耗都有明确的规定。

这种规定，促进了硬泡在建筑节能中应用。

现在，一些国家，硬泡在建筑方面的耗用量已居总量的首位。

如美国，1996年建筑用硬泡，占硬泡总耗用量的49%，家用、商用冰箱等设备仅占23.5%。

硬质聚氨酯泡沫塑料是建筑物的屋顶、天花板、墙板、地板等部位保温节能的理想材料。

窗架、窗扇、窗框、门框等构件则可用密度较高的聚氨酯硬质泡沫结构制作。

而在我国建筑业，聚氨酯硬泡仅在屋面隔热防水，以及冷库、大棚、粮库等保温隔热方面有一定应用，真正在外墙外保温领域的应用得还不太普遍。

随着经济的发展，建筑节能工作的进一步深入，聚氨酯硬泡以其优良的保温隔热性能，理应在建筑节能领域占据一席之地。

（二）开创绿色环保外保温体系1. 技术开发背景在国家节能政策及技术标准的推动下，我国建筑节能技术尤其是墙体保温隔热技术发展迅速，在国内出现了多种外墙外保温技术体系，呈现出一片“百花齐放”、“百家争鸣”的局面，确确实实降低了建筑直接能耗，缓解了国家资源紧张局面，减轻了燃油、烧煤等对环境的污染。

另一方面，这些技术体系中有的材料运用本身又在消耗大量的宝贵自然资源。

特别是那些紧缺、不可生资源，如石油、天然气等。

在节约了某领域能源，降低了某领域的环境污染后，又产生了另外领域的能源消耗，造成了另外领域新的环境污染，使经济可持续发展之路仍荆棘密布、充满险阻。

因此从某种意义上说，这些体系与产品还够不上真正的绿色、环保体系。

为此，如何发展墙体保温隔热技术，更深层次提高墙体保温隔热技术中环保节能观念，是从事这一技术领域中的企业、工作者面临的新挑战。

作为建筑节能工作中墙体保温隔热技术的领头羊——北京振利高新技术公司在这些方面经过了不懈努力，开发出的新一代ZL无溶剂硬质聚氨酯泡沫塑料（简称无溶剂聚氨酯硬泡）外墙外保温技术，率先在这方面进行了探索与尝试。

硬质聚氨酯泡沫塑料本构关系的研究

RPU F 本构关系有两种类型 :半经验型的和经验型的. 前者是从一些基本理论出发 ,进而得到本构关系的具体形式 ,方程中的参数仍需根据实验数据拟合而定. 基于 RPU F 的基体为粘弹性材料 ,Bigg 等人[4 ]用粘壶和弹簧组成的 Voigt 体作为基础 ,再考虑多孔介质的特性及泡孔内空气流动的影响 ,提出了半经验型的本构关系 ,然而这种本构关系普遍存在着公式复杂 ,参数繁多且部分参数难以确定的缺点 ,其实用价值大受影响 ; Miltz[5 ] 提出一由应力松弛实验及修正的 Boltzman 积分式得到的适用于闭孔泡沫的本构关系 ,Ramon[6 ]也提出了一由参考应力应变曲线及应力松弛实验确定的本构关系 ,但由于实验过程较复杂 ,也限制了模型的应用. 所以目前人们对泡沫塑料大多采用经验型模型 ,然而由于 RPU F 的性质随基体配方及发泡工艺不同而有很大的改变 ,故出现了经验本构关系形式的多样性及适用范围的局限性 ,例如 Shuttlewort h[7 ]提出的关系式只能适用于密度在 0. 023 g/ cm3～0. 028 g/ cm3 之间的开孔软质聚氨酯泡沫塑料. 多数学者在研究多孔材料的压缩性能时 ,则将压缩应力分解为弹性模量和一个与应变有关的形状函数 f (ε) 的乘积 ,其中弹性模量反映了泡沫结构对压缩变形的抵抗能力 , 形状函数 f (ε) 反映了多孔介质特有的变形三阶段. 如 Rush[8 ,9 ] 提出了静态下的这种本构关系 ,并给出了一形状函数关系式 ; Schwaber[10 ]引入了应变率的影响 ,并将形状函数改为级数形式 ; Nagy[11 ]对上式进行了补充 , 认为应变率对应力的影响是和应变相关联的 ; Sherwood 和 Frost[12 ]则将环境温度和密度也考虑进去 ,提出了更为全面的本构关系的框架

探讨硬质聚氨酯泡沫塑料在建筑的应用

探讨硬质聚氨酯泡沫塑料在建筑的应用引言在建筑保温体系中若要使建筑的保温性能得到提高，必须选用高性能的保温材料，比如，硬质聚氨酯泡沫塑料，其可以认为是我国建筑保温体系走向高性能阶段的有效途径之一。

硬质聚氨酯泡沫塑料的物理性、声学性、电学性以及化学性能良好，它与聚苯乙烯泡沫塑料相比其导热率远远小于剧本一起泡沫塑料，硬质聚氨酯泡沫塑料的导热率仅是聚苯乙烯导热率的40%左右，而且强度和粘结能力超强，可以作为隔热材料中的优质首选。

一、硬质聚氨酯泡沫材料具备的特性和工艺1.具备的特性（1）硬质聚氨酯泡沫材料的导热系数不高，其导热系数仅为0.023 W/（m·K），所以保温隔热的效果就相当好，在保温材料中时现阶段保温隔热性能最好的材料。

（2）硬质聚氨酯泡沫具有超强的粘结性能，将其直接在墙体上喷涂，在喷射过程中硬质聚氨酯泡沫在喷枪的作用下首先形成成型的发泡混合物，形成的液体物料具备渗透性强、流动性能好的特点，当其进入到墙体的基层空隙中以后发泡，并可以及时与基层牢固紧密的粘结起到了对空隙密封的作用。

（3）由于硬质聚氨酯泡沫对水的吸收率不高，所以其的防水性能超强，抵抗水蒸气的渗透性能相当不错，其结构紧致密实呈微孔状，几乎不容易透水，加上施工连续，整体的性能超好，而且完全不会出现吸潮现象，所以硬质聚氨酯泡沫材料的防水性能可靠、防水效果很好。

（4）因为在硬质聚氨酯泡沫材料中含有许多气泡，促使其的密度只为非发泡塑料的几分之一到几十分之一，密度低。

（5）由于内部含有大量的气泡，所以在受到冲击时内部的气泡会起到一个缓冲的作用，泡孔当中含有的气体在载荷作用下被压缩，在冲击产生的外力消失后又回弹回复到原来的状态，对物体的伤害力较小，因此硬质聚氨酯泡沫材料拥有较好的减震性能。

（6）硬质聚氨酯泡沫材料拥有较强的声学性能，它通过对声波能量的吸收，阻断声波的反射传递，从而达到较高的隔音效果。

（7）硬质聚氨酯泡沫采用的施工方式是喷涂或者浇筑，并且其的施工具有连续性的特点，所以，采用硬质聚氨酯泡沫进行对建筑墙体施工可以使整个墙体的保温层无接缝出现，特别有利于墙体保温效果和防水性能的实现。

建筑用含PEG硬质聚氨酯泡沫材料的性能研究

建筑用含PEG硬质聚氨酯泡沫材料的性能研究作者：***来源：《粘接》2022年第08期摘要：针对添加了3种类型的聚乙二醇（PEG）的硬质聚氨酯泡沫材料，探索了它们在建筑地板和天花板覆盖物、温控运输包装中的绝缘材料、汽车座椅内覆盖物等各种应用中的适用性。

为了研究含有PEG的聚氨酯泡沫塑料的热性能，进行了差示扫描量热仪（DSC）测试。

在实验室条件下设计了一个双层混凝土-聚氨酯泡沫塑料系统，利用对模拟环境温度变化敏感的计算机辅助测温装置对其隔热性能进行了检测。

PUⅠ（含44%PEG600）在中温条件下表现出较好的热调节能力;而PUⅡ（49%PEG1000）则适用于温和和高温环境下的温度控制，聚乙二醇质量分数为53%的PUⅢ具有较好的储热和热稳定性。

含有38%PEG600/PEG1000/PEG1500的PUⅣ也证实了良好的耐热性和耐久性。

关键词：硬质聚氨酯泡沫;保温材料;聚乙二醇;性能测试中图分类号：TQ328.3文献标志码：A文章编号：1001-5922（2022）08-0067-05Properties study of rigid polyurethane foams material containingPEG for constructionLIU Guangbin（Yangling Vocational and Technical College， Yangling 712100， Shaanxi China）Abstract：In view of the rigid polyurethane foam materials added with three types of polyethylene glycol （PEG）， their applicability in various applications such as building floor and ceiling coverings， insulation materials in temperature-controlled transportation packaging， car seat inner coverings and so on was explored. In order to study the thermal properties of polyurethane foam containing PEG， differential scanning calorimeter （DSC） was used. A double-layer concrete polyurethane foam system was designed under laboratory conditions， and its thermal insulation performance was tested by using a computer-aided temperature measurement device sensitive to simulated ambient temperature changes. PU Ⅰ（including 44% PEG600） shows good thermal regulation ability under medium temperature conditions; PU Ⅱ（49% PEG1000） is suitable for temperature control in mild and high temperature environments. PU Ⅲ with 53% polyethylene glycol has good heat storage and thermal stability. PUⅣ containing 38% PEG600/PEG1000/PEG1500 also confirmed good heat resistance and durability.Key words：rigid polyurethane foam; thermal insulation materials; polyethylene glycol; performance testing聚氨酯在建筑節能中的应用虽然广泛，但也存在价格高、烟雾毒性大、消防安全等问题。

三乙醇胺对硬质聚氨酯泡沫塑料性能的影响研究

三乙醇胺对硬质聚氨酯泡沫塑料性能的影响研究摘要：制备了孔径约0.5mm的全水发泡硬质聚氨酯泡沫塑料。

研究了三乙醇胺(TEA)用量对聚氨酯泡沫塑料发泡时间、表观密度、导热性能、力学性能等的影响规律。

TEA是体系反应的催化剂，随着TEA含量的增大发泡时间变短。

TEA 含量少于7份时，发泡反应强于凝胶反应，制品泡孔直径随着其含量增加而变大，表观密度、热导率、压缩强度、拉伸强度和弯曲强度下降，断裂伸长率上升，TEA 含量大于7份时，交联作用占主要地位，制品泡孔直径随着其含量增加而变小，表观密度、热导率、压缩强度、拉伸强度和弯曲强度增大，断裂伸长率减小。

热失重分析也表明TEA含量大于7份后产生了交联作用。

关键词：聚氨酯；硬质泡沫塑料；三乙醇胺硬质聚氨酯泡沫塑料(RPUF)是指在一定负荷作用下不发生明显形变，当负荷过大发生形变后不能恢复到初始状态的聚氨酯泡沫塑料，具有优良的力学性能、声学性能、电学性能和耐化学性能。

RPUF的泡孔以闭孔为主，采用CFCs为发泡剂时制品具有极低的热导率，是聚苯乙烯和其他泡沫塑料及天然保温材料都无法相比的，并可现场喷涂成型，是目前最理想的绝热材料。

RPUF可直接从单体原料一次加工成聚合物制品，而且可通过改变原料化学结构、规格、品种等方式调节配方，得到各种性能和用途的终端制品，广泛应用于保温行业、包装工业、造船工业等领域。

在RPUF发泡体系中，催化剂是必不可少的一部分，对于调节反应时间、发泡反应与凝胶反应的平衡及泡孔尺寸都起到重要作用。

目前广泛使用的催化剂主要是有机锡类和胺类，前者催化效率更高且对凝胶反应有较强的催化作用，后者在水发泡体系中对发泡反应有较强的催化作用。

在胺类催化剂中醇胺类物质比较特殊，因其分子中含有叔氮原子而具有催化作用，同时每个分子又含有两个或两个以上羟基，可与异氰酸酯反应从而具有交联作用。

醇胺类物质中比较有代表性的是TEA。

TEA为无色黏稠液体，相对密度1.12，市售产品一般含少量水和二乙醇胺。

硬质聚氨酯泡沫塑料本构关系的研究

硬质聚氨酯泡沫塑料本构关系的研究1. 引言硬质聚氨酯泡沫塑料是一种常用的绝缘材料和填充材料，具有轻质、耐热、隔热、隔音等特点，在建筑、交通工具和包装领域得到广泛应用。

然而，对于硬质聚氨酯泡沫塑料的本构关系，即应力-应变关系的研究，对于了解其力学性能至关重要。

本文将从宏观力学模型和微观结构层面，对硬质聚氨酯泡沫塑料本构关系进行深入探讨。

2. 宏观力学模型在宏观尺度上，硬质聚氨酯泡沫塑料的本构关系主要通过应力-应变曲线来描述，其中包括线性弹性阶段、屈服阶段和断裂阶段。

在应力小于比屈服强度时，硬质聚氨酯泡沫塑料呈线性弹性，应变与应力成正比；当应力逐渐增大超过比屈服强度时，材料将出现塑性变形，应力较缓慢地继续增加；最终在应力达到最大值时，硬质聚氨酯泡沫塑料将发生断裂。

通过对宏观力学模型的研究，可以更好地理解硬质聚氨酯泡沫塑料在受力过程中的力学性能。

3. 微观结构层面在微观尺度上，硬质聚氨酯泡沫塑料的本构关系受其内部细胞结构和界面相互作用影响。

硬质聚氨酯泡沫塑料的微观结构呈现闭孔结构，孔隙间充满气体，形成有效的隔热和隔音效果。

然而，由于泡沫塑料的微观结构不规则性，使得其在受力时呈现出复杂的本构关系。

研究表明，泡沫塑料的微观结构对其力学性能具有显著影响，如细胞大小、壁厚度、连通性等都会对泡沫塑料的变形行为和强度产生影响。

4. 总结与展望硬质聚氨酯泡沫塑料的本构关系是一个复杂而重要的研究课题。

在宏观力学模型和微观结构层面，硬质聚氨酯泡沫塑料都表现出了多变的力学性能，其本构关系受多种因素影响。

未来的研究可以从提高泡沫塑料的力学性能、优化微观结构设计等方面进行深入探讨，以提高泡沫塑料的应用性能和推动其在新领域的应用。

个人观点与理解在我看来，硬质聚氨酯泡沫塑料的本构关系研究是一个非常值得深入探讨的课题。

了解其力学性能，可以为材料工程领域的发展提供重要参考，也有助于解决在具体应用领域中可能出现的问题。

通过对泡沫塑料的本构关系进行深入研究，还有助于推动材料设计和制备技术的发展，为新材料的研发奠定基础。

硬质聚氨酯泡沫塑料在军事领域的应用研究进展

硬质聚氨酯泡沫塑料在军事领域的应用研究进展摘要:概述了硬质聚氨酯泡沫塑料在军事领域的最新应用研究动向。

主要介绍了硬质聚氨酯泡沫塑料在易碎式结构材料、吸波材料、军事防寒隔热工程及电子方舱等军事领域的应用进展。

关键词:聚氨酯硬质泡沫易碎结构材料隐身材料伪装工程硬质聚氨酯泡沫塑料质轻、绝热、吸音、耐化学药品及高缓冲抗震;同时其合成主原料聚酯或聚醚多元醇结构多变,使其性能变化范围广泛,而且加工方式灵活,受到了普遍重视而发展迅速,在民事领域得到广阔的应用。

由于具有优异的各项性能,近年来硬质聚氨酯泡沫在军事领域也受到青睐。

本文主要介绍近年来硬质聚氨酯泡沫塑料在军事及民事领域的最新应用进展。

1 在易碎式结构材料中的应用有一批特殊的结构材料开始在兵器工业产品结构出现:这种材料不仅要求强度和刚度要足够,能够承担一定的外载荷,在达到一定的触发条件后还要求可以自行破裂。

这种功能一般在大型炮发射筒的口盖、生化武器破击跑的弹壳、深海导弹发射系统的隔水罩等地方使用比较多。

有很多类似的结构被使用在兵器工业产品结构中,统称他们为“易碎式结构材料”[1]。

硬质聚氨酯泡沫质轻、密封性能好,强度可调,近年来被用于易碎式结构材料。

例如,用聚氨酯泡沫塑料制成的火箭助推鱼雷头部的声纳保护罩[2],当鱼雷从水中发射推进到空中高速飞行时,它必需具备足够的强度和刚度以保护罩内的仪器装置;当鱼雷接近敌舰再入水时,它必须能够在入水时水面反击力作用下自行碎裂,露出声纳导航装置使能对入水后的鱼雷实施声纳导航。

硬质聚氨酯泡沫塑料用于易碎式结构材料比通常的机械和高分子材料产品复杂得多,它的应用需要综合高分子化学、结构力学、断裂力学等学科的相关理论和试验结果,是高分子材料在兵器工业中应用的新发展。

2 在吸波材料中的应用根据成型工艺和承载力将吸波材料分为两大类:结构型和涂层型。

而结构隐身材料拥有叠层结构、层片复合结构和夹层结构等各种不同结构形式。

其中最重要的一种结构就是泡沫夹心。

硬质聚氨酯泡沫老化问题的研究进展

・1・2020年第35卷第5期2020.Vol.35 No.5聚氨酯工业POLYURETHANE INDUSTRY-专题纟示述・IIIIIIIIIIIIIIIIIIH硬质聚氨酯泡沫老化问题的研究进展*吕小健李廷廷沈照羽崔胜恺徐祥刘锦春*(青岛科技大学高分子科学与工程学院橡塑材料与工程教育部重点实验室山东青岛266042)摘要：综述了硬质聚氨酯泡沫塑料的老化机理和常见的寿命预测方法，并介绍了聚氨酯硬泡材料性能与老化之间的关系，以及改善硬质聚氨酯泡沫老化性能的有效途径。

关键词：老化机理；寿命预测；硬质聚氨酯泡沫塑料；老化性能中图分类号：TQ 328.3文献标识码：A文章编号：1005-1902(2020)05-0001-04硬质聚氨酯泡沫塑料具有低密度、高比强度、绝热性能好及隔音效果好的特点，在建筑外墙保温、冷藏车、管道保温、冰箱、仿木材料等行业有着大量的应用［l ］o 但是产品在使用过程中不可避免地会遇到老化问题，严重影响到产品的性能,因此对硬质聚氨酯泡沫材料老化问题的研究十分重要。

本文综述了硬质聚氨酯泡沫的老化机理和寿命预测方法，并对材料的性能与老化的关系以及改善老化性能的有效途径进行了介绍。

1硬质聚氨酯泡沫的老化机理对于硬质聚氨酯泡沫，除了自身的配方及生产工艺，影响其老化性能的外在因素主要集中在热、氧、光、水及其他介质。

不同因素下的老化机理不同。

聚氨酯的光老化是由于材料在吸收一定波长(290 - 400 nm)的光后，在微观上导致聚合物分子键断裂或链交联，宏观上造成了材料性状的改变。

通常认为聚氨酯材料的光老化有两种机理。

一种机理认为,材料吸收波长340-400 nm 的光后，聚氨酯分子中来源于芳香族异氰酸酯苯环上的亚甲基发生氧化,形成不稳定的氢过氧化合物，进而生成发色醌-酰亚胺结构及二醌-酰亚胺结构，导致聚氨酯的黄变现象;材料吸收330 - 340 nm 波长的光后，发生Photo-Fries 重排，生成伯芳香胺，进一步降解后产生黄变产物。

增强硬质聚氨酯泡沫塑料研究进展

增强硬质聚氨酯泡沫塑料研究进展刘新建李青山* 刘卓罗进成(燕山大学亚稳态材料制备技术与科学国家重点实验室秦皇岛066004)摘要:论述了硬质聚氨酯泡沫塑料(RP U)的特点,综述了玻璃纤维、无机填料增强RPU的研究进展,指出了玻璃纤维、无机填料增强RP U的优缺点,玻璃纤维、无机填料混杂添加可作为增强RP U 的最佳工艺。

关键词:硬质聚氨酯泡沫塑料;玻璃纤维;无机填料;增强;混杂硬质聚氨酯泡沫塑料(RP U)是聚氨酯材料体系中最重要的品种之一,RPU的用途主要分为两大类,即绝热材料和结构材料,前者的密度一般在0.1 g/c m3以下,主要用于工业或家用的隔热和制冷,后者的密度一般大于0.1g/c m3,主要用于汽车工业和建筑结构件,因为其密度小,比强度高,也为航空和航天应用领域所关注。

聚氨酯硬泡塑料的最大优点是质轻、隔热保温性好、吸音及缓冲抗震性优良;同时合成RPU的主原料聚酯或聚醚多元醇结构多变,使其性能变化范围广泛,而且加工方式灵活,既可以自由发泡,又可以模塑成型,还可以现场喷涂,因此RPU受到了普遍重视而发展迅速。

与其它材料相比,硬质聚氨酯泡沫塑料的弯曲强度和冲击强度等技术指标不能满足使用要求,因而限制了它的广泛应用。

当前,提高聚氨酯硬泡塑料的力学性能大致有2种方法,即提高聚氨酯硬泡塑料的密度和加入增强剂。

近年来,对聚氨酯硬泡塑料增强的研究已成为一大热点[1~5],已报道的增强剂有无机填料和增强纤维等,前者主要是S i O2粒子、碳酸钙和中空玻璃微珠;后者为玻璃纤维、有机纤维及碳纤维等。

填料增强RP U的主要目的是提高材料的弹性模量、尺寸稳定性和耐热性能,降低模塑成型过程中的制品收缩率。

由于聚氨酯的主要原料价格较高,加入填料后可降低其成本。

使用填料虽然有很多优点,但对RPU最大的不利影响就是降低了其冲击性能。

从填料发展历史来看,玻璃纤维和中空玻璃微珠一直是增强聚氨酯体系的主要研究对象,其原因在于玻璃纤维和中空玻璃微珠对模量的提高非常明显。

聚氨酯泡沫塑料的研究与应用

聚氨酯泡沫塑料的研究与应用摘要：随着科学技术的不断进步，聚氨酯泡沫塑料得到了越来越高的关注度，因其具有优异的新跟那个，被广泛应用与各行各业中。

本文主要论述了聚氨酯泡沫塑料的发展和应用，并介绍了研究人员通过对聚氨酯泡沫塑料的改性，优化和提高其各方面性能，从而拓宽其应用范围。

关键词：聚氨酯，泡沫塑料，应用，改性1.泡沫塑料的概述泡沫塑料也称多孔塑料，是由传统的热塑性和热固性树脂作为原材料，通过各种发泡技术制备而成，在传统的固体塑料中填充大量的气体微孔，其结构如同海绵，属于高分子类材料。

因为泡沫塑料具有很优良的性质，如密度低质量小、吸收噪音效果好、绝热保温性能优异等，所以近年来得到了越来越多的关注。

泡沫塑料的制备成型过程简单，品种多，性能优异，在现代塑料工业中已经成为不可或缺的产品[1]。

1.聚氨酯泡沫塑料的概述聚氨酯（PU），全称为聚氨基甲酸酯，由多异氰酸酯类与多元醇类反应生成的聚合物，是在20世纪40年代，由德国科学家拜尔所发明[2]。

聚氨酯材料材料有不同的分子结构，如线形结构和体型结构，故其具有不同的性能，其结构和性能可以通过调整原材料中官能团数目来调整。

聚氨酯制品可以分为泡沫类和非泡沫类两种，聚氨酯泡沫塑料是聚氨酯制品中最重要的品种，同时也是泡沫塑料的一个重要分支，被称为“第五大塑料”[3]。

聚氨酯泡沫塑料是由黑料和白料反应制备而成，其中黑料是多异氰酸酯，白料包含多元醇、表面活性剂、催化剂、发泡剂等。

根据不同的配方，改变其中一种原料的量，调整原料官能团数目就可以制备具有不同结构和性能的聚氨酯泡沫塑料[4]，由于聚氨酯这种独特的特性，聚氨酯材料制备的泡沫塑料有很多种品种，具有不同的性能，可以满足不同领域的需求。

1.聚氨酯泡沫塑料的应用聚氨酯泡沫塑料在全球功能性塑料用量中排名第五，是应用较为广泛的高分子材料之一[5]。

聚氨酯泡沫塑料的导热系数很低，保温效果较好，与其他保温材料相比，达到同样的保温效果，聚氨酯泡沫塑料所需要的厚度最小，可以将其作为一种性能优异的保温材料。

聚氨酯硬泡材料本构关系研究

２ＤｅｉｎＩｓｉｔｆＡｒｈｔｃｕｅａｄＲｅｅｒｈｏａｇｉＮａｎｎ３Ｏ，ｉａ．ｓｇｎｔｕｅ０ｃｉｅｔｒｎｓａｃｆＧｕｎｘ，ｎｉｇ５Ｏ１Ｃｈｎ）ｔ１
摘要：了研究聚氨酯硬泡材料的应力一应变关系及泊松比，室温条件下对聚氨酯硬泡材料进行了轴向压为在缩试验．结果表明：聚氨酯硬泡材料在抗压的整个过程中，没有出现开裂现象，明聚氨酯硬泡材料在抗压都表方面具有明显的延性性能．于其应力一应变关系曲线，其本构关系进行了拟合分析，而得出聚氨酯硬泡基对从材料强度极限为１９５Ｐ，性模量为３．ａ由纵横向应变，得其泊松比为Ｏ４．７．６ｋａ弹９４ＭＰ．求．２关键词：聚氨酯硬泡；性模量；向压缩弹轴
第３３卷第４期
２００８年１２月
广西大学学报（自然科学版）
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微晶纤维素填充硬质聚氨酯泡沫塑料力学及生物降解性能的研究

微晶纤维素填充硬质聚氨酯泡沫塑料力学及生物降解性能的研究摘要：利用模塑成型方法，在聚氨酯泡沫塑料中加入了易于生物降解的填料微晶纤维素，制备了不同填充量的外观和力学性能较好的硬质聚氨酯泡沫塑料，并研究了填料用量对聚氨酯泡沫塑料力学性能的影响。

研究表明填料的加入使泡沫压缩性能有一定提高而冲击性能大幅度下降；土壤掩埋实验表明，填料含量越大，降解时间越长，样品的降解性越好，最大填充量试样降解120天后失重率可达10.8wt%。

关键词：聚氨酯泡沫；生物降解；填充；土壤掩埋；微晶纤维素硬质聚氨酯泡沫塑料（RPUF）绝热效果好，比强度大，电学性能及隔音效果优越，而且通过调整配方，可以制成不同规格的制品以满足不同要求，作为一种绝热保温与结构材料，已经广泛地应用于建筑、冷藏、航空航天等领域[1]。

然而其使用后的废弃物因在自然条件下难以降解，给人类赖以生存的环境造成了不可忽视的负面影响。

因此研究和开发可生物降解型聚氨酯材料迫在眉睫。

将一些易于生物降解材料填充到聚氨酯中，是研发生物降解型聚氨酯材料的一个重要方向[2-6]。

纤维素是地球上储藏量最大的天然高分子，作为可再生的天然材料是生物降解材料的良好原料[7-9]。

本文采用聚醚多元醇和多异氰酸酯为主要原料，在聚氨酯发泡过程中加入微晶纤维素，制备了填充型可生物降解硬质聚氨酯泡沫塑料（RPUF）并研究了其力学和降解性能。

1 实验部分1.1 原材料聚醚N303，天津石化三厂；[0]多苯基多亚甲基多异氰酸酯（PAPI），烟台万华聚氨酯股份有限公司；硅油AK8807、三乙醇胺，分析纯，成都化学试剂厂；微晶纤维素（MCC），西安北方惠安精细化工有限公司公司生产；微晶纤维素使用前经真空烘箱干燥至恒重，存储于干燥器中备用；水为蒸馏水。

1.2 仪器与设备电热鼓风恒温干燥箱，DB210SC型，成都天字试验设备有限责任公司；增力电动搅拌器，JJ-1型，江苏金坛市医疗仪器厂；模塑成型模具，自制；扫描电子显微镜，S440型，Leica Cambridge公司；红外光谱仪，?Nicolet-5700型，美国尼高力仪器公司；热重分析仪，TGA-SDTA851型，德国耐驰公司；电子万能材料试验机，AG-1OTA型，日本岛津公司；简支梁冲击实验机，XJJ-5型，承德材料实验机厂。

阻燃型硬质聚氨酯泡沫的研究进展

以极限氧指数（L O I ) 来衡量聚合物的阻燃性能为例，通常认为易燃材料的L O I < 2 2 % ，而硬质聚氨酯泡沫材料的氧指数在16%〜1 8 % 之间，是易燃级别。在燃烧中会伴随产生一定量的有害气体如C O 、 H C N 等，对人体会造成伤害。而硬质聚氨酯泡沫材料在生活中是不可缺的材料，研制出无毒无害的阻燃型硬质聚氨酯泡沫是今后发展的方向。
第50卷第5 期 2021 车 5 ______________________
辽宁化工 Liaoning Chemical Industry
Vol.50, No. 5 May，2021
阻燃型硬质聚氨酯泡沬的铭玉
( 沈阳理T.大学，辽宁沈阳 110159)
等通过研究一种含氮磷的无卤型的阻燃剂 (R P U F -P D O P )。通过可燃性的研究发现，在 R P U F (R P U F - P D O P 10 % ) 中加人质量分数为丨 0 % 的 P D O P 作为阻燃剂，极限氧指标值由 1 8 % 提高到 2 7 % , 可以达到U L -94V -0等级。
收稿曰期
作者简介通讯作者
2021-01-25 邢凤钦（1 998-)，女，在读研究生，研究方向：防灭火材料张伟（1 9 8 5 - ) , 女，副教授，溥士，研究方向：矿山安全技术及防灭火材料
第50卷第5 期
邢凤钦，等：阻燃型硬质聚氨酯泡沫研究进展
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的峰值热释放速率(P H P R > T G -F T I R 测试表明， A D P 的加入促进了 R P U F 基体第一步降解过程中 c o 2、烃类和异氰酸酯化合物的释放，而抑制了第二步降解过程中C O 的释放。

硬质聚氨酯泡沫拉伸本构模型研究

聚氨酯泡沫塑料根据制作配方的改变，能够具有密度低、安全性吸震、隔热、回弹性好、耐用性、舒适性好、低温性能等优良性能。因此，聚氨酯泡沫在汽车工业中的应用越来越多，在方向盘总成、仪表板总成、坐垫、靠背、头枕、车身内饰、搁手扶手、保险杠缓冲块等结构中均有应用[1]。尤其是在汽车保险杠和内饰方面应用的聚氨酯泡沫，其优良缓冲吸能能力对于汽车碰撞事故中的行人安全保护以及车内人员安全保护都有着至关重要的作用。为了在保证人员安全的基础上进行安全结构的轻量化设计，需要全方位地研究聚氨酯泡沫的力学性能。
研究与开发
机电工程技术 2018 年第 47 卷第 10 期
DOI: 10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2018. 10. 032
硬质聚氨酯泡沫拉伸本构模型研究*
曲杰，徐梁，赵小涵，李治均
（华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州 510641）
摘要：车用硬质聚氨酯泡沫被用作汽车保险杠和内饰中的缓冲块，其缓冲吸能能力可以对碰撞事故中的人员安全起到很好
的三明治结构，C 试样类型适用于聚氨酯泡沫作为基底材料时的拉力粘合性能检测。综上所述本文选择 A 试样类型作为试验方案，夹具、试样照片及断后试样照片如图 1 所示，其中试样尺寸如图 2 所示。
变形特征，给பைடு நூலகம்了相应的聚氨酯泡沫在低速单轴拉伸作用力下的本构模型[2]；李亚成等研究了车用硬质聚氨酯泡沫在低密度泡沫在 0.001/s、0.01/s、0.1/s 等应变速率下的单轴拉伸实验，并对卢子兴等提出的本构模型进行了验证，发现该本构模型并不适用于该种泡沫塑料，但并未提出相应的泡沫塑料的本构模型[3]。本文将针对李亚成等所用的车用缓冲块中的硬质聚氨酯泡沫进行进一步研究，获得中低应变速率范围下的单轴拉伸作用力下的车用硬质聚氨酯泡沫的应力应变曲线，并通过数值拟合的方法获得了其本构模型。

硬质聚氨酯泡沫动态压缩本构模型研究及有限元仿真

硬质聚氨酯泡沫动态压缩本构模型研究及有限元仿真
沈明杰;秦仙蓉
【期刊名称】《机电技术》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】硬质聚氨酯泡沫常被用于缓冲吸能结构,为了更好地在动态加载场景中对该材料进行设计及仿真,需要对其动态力学性能及本构模型进行研究。

文章对硬质聚氨酯泡沫进行中低应变率下的动态压缩试验,并进一步分析了应变率对材料性能的影响;使用Avalle模型建立了描述材料压缩力学行为的本构模型,在模型中引入应变率项并基于试验数据的量化分析结果对模型进行了修正;在ABAQUS有限元软件中输入修正后的Avalle本构模型数据,对硬质聚氨酯泡沫进行冲击仿真。

研究结果表明:硬质聚氨酯泡沫应力-应变响应对应变率具有敏感性,修正后的Avalle模型对多种应变率下的试验数据拟合较好,而基于该模型进行的有限元数值仿真在6 m/s 及8 m/s的冲击条件下加速度峰值与试验数据误差分别为4.09%以及12.72%,模型可靠性较高。

【总页数】6页(P36-41)
【作者】沈明杰;秦仙蓉
【作者单位】同济大学机械与能源工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TB301
【相关文献】
1.短切碳纤维增强硬质聚氨酯泡沫复合材料压缩强度与形貌研究
2.硬质聚氨酯泡沫塑料本构关系的研究
3.硬质聚氨酯泡沫压缩性能增强研究进展
4.硬质聚氨酯泡沫在多轴压缩试验下的力学特性研究
5.聚氨酯硬质泡沫材料本构研究及其在夹芯板中的应用
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水发泡增强硬质聚氨酯泡沫塑料的制备与性能研究的开题报告

水发泡增强硬质聚氨酯泡沫塑料的制备与性能研究的开题报告一、研究背景硬质聚氨酯泡沫塑料是一种应用广泛的新型材料，具有高强度、轻质、热绝缘、隔音、阻燃等优点。

但是，传统的制备方法存在一些问题，如聚氨酯预聚体价格昂贵、添加剂使用量大等，因此需要寻求新的制备方法。

水发泡是一种低成本、环保的制备方法，利用水作为发泡剂，将环保聚氨酯与水混合制备成泡沫塑料，在制备过程中不需要使用卤素等添加剂，具有环保、节能、低成本等优点。

二、研究目的和意义本次研究旨在探究水发泡对硬质聚氨酯泡沫塑料制备过程及其性能的影响，具体目的包括：（1）优化水发泡的制备条件，提高泡沫塑料的密度、力学性能等。

（2）研究不同比例的水发泡剂对泡沫塑料的性能影响，提高泡沫塑料的热绝缘、阻燃性等。

（3）探究水发泡对泡沫塑料微观结构和宏观性能的影响，为泡沫塑料的制备和应用提供参考。

三、研究内容和方法（1）水发泡硬质聚氨酯泡沫塑料制备过程中，将控制泡沫塑料的密度、力学性能等参数的变化，对制备条件进行优化。

（2）采用热重分析、力学性能测试等手段，分析不同比例的水发泡剂对泡沫塑料性能的影响。

（3）采用扫描电镜、X射线衍射仪等仪器，对泡沫塑料的微观结构进行分析，探究水发泡对泡沫塑料性能的影响机制。

四、研究预期结果（1）对水发泡硬质聚氨酯泡沫塑料制备工艺进行优化，制备出密度更高、力学性能更优的泡沫塑料。

（2）研究不同比例水发泡剂对泡沫塑料的影响趋势和机制，提高泡沫塑料的热绝缘、阻燃等性能。

（3）通过分析水发泡制备出的泡沫塑料微观结构和宏观性能，为泡沫塑料的制备和应用提供参考。

五、研究进度安排第一年：文献综述、制备工艺优化和性能测试。

第二年：微观结构分析和性能机制研究。

第三年：结果分析和论文撰写。

六、经费预算本次研究所需经费主要包括材料费、设备费、差旅费等，预计总经费为30万元。

七、结论本次研究旨在探究水发泡对硬质聚氨酯泡沫塑料制备过程及其性能的影响。

通过制备工艺优化和不同比例水发泡剂的测试，得出了不同密度、不同力学性能的泡沫塑料，并通过微观结构分析和性能机制研究，深入探究了水发泡在泡沫塑料制备过程中的机制，并为泡沫塑料的制备和应用提供了参考。

聚氨酯泡沫塑料拉伸本构关系及其失效机理的研究

收稿日期:2001203226;修订日期:2001204226基金项目:国家自然科学基金资助项目(10072007)文章网址:h ttp : www .hkxb .net .cn hkxb2002 02 0151 文章编号:100026893(2002)022*******聚氨酯泡沫塑料拉伸本构关系及其失效机理的研究卢子兴1,2(1.北京航空航天大学固体力学研究所,北京　100083)(2.中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室,北京　100080)INVEST IGAT I ON INT O THE TENSI L E CONST ITUT IVE RELAT I ONAND FA I L URE M ECHAN IS M OF PUR FOAM ED PLAST I CSLU Zi 2x ing1,2(1.In stitu te of So lid M echan ics ,Beijing U n iversity of A eronau tics and A stronau tics ,Beijing 100083,Ch ina )(2.L abo rato ry fo r N on linear M echan ics of Con tinuou sM edia ,In stitu te of M echan ics ,Ch inese A cadem y of Sciences ,Beijing 100080,Ch ina )摘　要:通过3种密度硬质聚氨酯泡沫塑料的拉伸实验,研究了它们的应力-应变特性及其应变率效应。

同时,为确定泡沫塑料拉伸失效机理,对材料进行了扫描电镜下的细观拉伸实验,观察了试件表面胞体的变形与失效过程,再结合宏观拉伸试件断口的扫描电镜分析,进一步讨论了泡沫塑料在拉伸加载下的失效机理。

基于泡沫塑料的拉伸应力-应变曲线,用数值方法拟合了泡沫塑料的拉伸本构关系。

关键词:泡沫塑料;拉伸失效;本构关系中图分类号:V 254.2;V 214.3+2 文献标识码:AAbstract :T he stress 2strain characteristics and strain rate effect of PU R foam ed p lastics are investigated by ten sile experi m en ts fo r th ree k inds of den sities.In the m ean ti m e ,in o rder to determ ine the ten sile failu rem echan is m of foam ed p lastics ,m icro scop ic ten sile tests w ere conducted in the ob serving room of a scann ing electron ic m icro scopy .T he ten sile failu re m echan is m of foam ed p lastics is discu ssed on the basis of ob serving the defo rm ati on and failu re cou rse of cells on the su rface of a ten sile speci m en and the SE M analysis of frac 2tu re su rface of ten sile speci m en s .F inally ,the ten sile con stitu tive relati on is fitted by the num erical m ethod acco rding to the ten sile stress 2strain cu rves of PU R foam ed p lastics ,w h ich agrees w ellw ith the experi m en tal cu rves.Key words :foam ed p lastics ;ten sile failu re ;con stitu tive relati on 人们对泡沫塑料力学行为的研究主要集中在压缩性能方面,拉伸性能的研究则主要考虑了低密度材料[1]。

基于数据挖掘的硬质聚氨酯泡沫的本构模型

ＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.２０９５－５０９Ｘ.２０１９.０３.０２１基于数据挖掘的硬质聚氨酯泡沫的本构模型曲㊀杰ꎬ徐㊀梁ꎬ李治均ꎬ赵小涵(华南理工大学机械与汽车工程学院ꎬ广东广州㊀５１０６４１)摘要:针对硬质聚氨酯泡沫(ＲＰＵＦ)力学性能的复杂性ꎬ使用基于张量分解的数据挖掘方法建立硬质聚氨酯泡沫的本构模型ꎮ使用万能电子拉力实验机对不同密度的硬质聚氨酯泡沫试样选用不同的应变率进行轴向压缩实验ꎮ对实验得到的应力应变曲线进行预处理ꎬ得到数据挖掘的原始张量数据ꎮ以密度㊁应变率㊁应变等作为特征参数ꎬ使用基于张量分解的数据挖掘方法对原始张量数据进行降维处理ꎬ并对低维数据进行拟合ꎬ建立ＲＰＵＦ轴向压缩条件下的本构模型ꎮ该本构模型预测结果与实际实验数据的误差在５％以内ꎮ关键词:硬质聚氨酯泡沫ꎻ轴向压缩ꎻ本构模型ꎻ数据挖掘ꎻ张量分解中图分类号:ＴＰ３９９㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:２０９５－５０９Ｘ(２０１９)０３－００８９－０４㊀㊀硬质聚氨酯泡沫(ＲＰＵＦ)是一种多孔结构材料ꎬ它具有密度低㊁强度高㊁容易成型的优点ꎬ并具有良好的吸能特性ꎬ可以对冲击力进行分散并吸收ꎬ从而保护被冲击区域[１]ꎮＲＰＵＦ被大量应用于汽车保险杠和车门内饰板中ꎬ作为缓冲吸能结构的填充材料ꎬ减少车内乘员及道路行人在交通事故中所承受的伤害[２]ꎮ为了最大程度吸收交通事故中的碰撞能量ꎬ需要准确掌握聚氨酯泡沫的力学性能ꎮ国内外学者主要通过半经验法和经验法的ＲＰＵＦ本构模型进行研究ꎮ其中ꎬ半经验法是从基本理论出发建立本构模型ꎬ根据实验数据确定模型参数ꎬＢｉｇｇ[３]以弹簧和粘壶组成的Ｖｏｉｇｔ体为基础建立了半经验型的本构模型ꎬ但该模型公式复杂㊁参数多且难以确认ꎻＲａｍｏｎ[４]根据应力应变曲线及应力松弛实验建立了本构模型ꎬ但实验过程颇为复杂ꎮ因此目前的应用中多以经验法建立的本构模型为主ꎮＲｕｓｃｈ[５－６]将应力应变曲线用弹性模量和一个基于应变的形状函数的乘积来表示ꎻＮａｇｙ㊁Ｓｈｅｒｗｏｏｄ以及胡时胜等[７－９]又在Ｒｕｓｃｈ提出的本构模型的基础上进行了深入研究ꎬ细化了应变率㊁温度㊁密度对应力的影响ꎮ但是ꎬ这些研究都是针对本构关系中的模量系数部分ꎬ而在形状函数的研究方面一直没有进展ꎬ限制了本构模型精度的提高ꎮ为了解决这一问题ꎬ本文通过基于张量分解的数据挖掘方法ꎬ结合白晓明[１０]㊁郭炜炜[１１]等的研究结果ꎬ建立了ＲＰＵＦ轴向压缩条件下的本构模型ꎮ使用万能电子拉力实验机对不同密度的ＲＰＵＦ试样在不同的应变率下进行轴向压缩实验ꎬ对实验数据进行预处理以建立高阶张量数据ꎮ基于张量分解法ꎬ以密度㊁应变率㊁应变作为低维成分ꎬ对高维张量数据进行降维处理并进行低维拟合ꎬ建立ＲＰＵＦ轴向压缩条件下的本构模型ꎮ１㊀ＲＰＵＦ轴向压缩实验本文按照美国材料与实验协会(ＡＳＴＭ)的Ｄ１６２１２０１０«硬质聚氨酯泡沫塑料压缩性能的标准测试方法»[１２]ꎬ使用岛津(ＳＨＩＭＡＤＺＵ)ＡＧＳ－１０ＫＮ万能电子拉力实验机ꎬ对３种密度的ＲＰＵＦ分别在３种应变率下进行９组轴向压缩实验ꎬ每组实验重复５次ꎬ最后对试验得到的应力应变曲线进行数据处理ꎬ得到原始张量数据ꎮ１.１㊀轴向压缩实验介绍为了避免泡沫成型时的不均匀性影响ＲＰＵＦ的力学性能ꎬ从远大于试样尺寸的聚氨酯泡沫结构的中间部位切割加工出试样ꎮ试样在无水环境中采用数控车床直接加工ꎬ避免表面产生氧化皮ꎬ防止水或冷却液等对泡沫的力学性能产生影响[１３]ꎮ试样密度分别为５０ｋｇ/ｍ３㊁９０ｋｇ/ｍ３㊁１１０ｋｇ/ｍ３ꎮ根据ＡＳＴＭ的Ｄ１６２１２０１０将试样加工成圆柱形ꎬ试样高Ｈ＝３０ʃ１ｍｍꎬ直径Ｄ＝６０ʃ１ｍｍꎬ每组实验重复５次[１２]ꎮ㊀㊀岛津ＡＧＳ－１０ＫＮ万能电子拉力实验机的压收稿日期:２０１８－１２－１３基金项目:广东省教育部产学研结合基金资助项目(２０１２Ｂ０９１１００３２２)ꎻ广东省科技计划项目(２０１３Ｂ０９０６０００１９)作者简介:曲杰(１９７１ )ꎬ男ꎬ副教授ꎬ博士ꎬ主要研究方向为汽车车身结构与安全㊁先进制造技术ꎬｑｕｊｉｅ＠ｓｃｕｔ.ｅｄｕ.ｃｎ.９８２０１９年３月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀机械设计与制造工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｍａｒ.２０１９第４８卷第３期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＭａｃｈｉｎｅＤｅｓｉｇｎａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.４８Ｎｏ.３头速度为０.０００１~１０００ｍｍ/ｍｉｎꎮＲＰＵＦ为脆性材料且试样横截面积相对于压头面积较小ꎬ实验过程中一旦样品破碎可能导致上下压头接触ꎬ造成设备损坏ꎮ为了保护设备ꎬ选择的应变率为０.００１/ｓ(０.０３ｍｍ/ｓ)㊁０.０１/ｓ(０.３ｍｍ/ｓ)㊁０.１/ｓ(３ｍｍ/ｓ)３种ꎬ实验环境温度为室温２５ħꎮ压缩实验样品和夹具如图１所示ꎮ图１㊀压缩实验样品和夹具１.２㊀单轴压缩实验结果本文所做９组ＲＰＵＦ实验的试件基本参数见表１ꎬ研究表明ꎬ密度㊁应变率和环境温度是影响ＲＰＵＦ应力应变曲线的主要物理因素[９]ꎮ由于实验条件有限ꎬ本文暂不考虑温度的影响ꎮ轴向压缩实验的设定值是压缩至１０％高度(即压缩至高度３ｍｍ)ꎬ所用设备承受压力最大值为１０ｋＮꎬ在１１０ｋｇ/ｍ３的ＲＰＵＦ压缩实验中ꎬ样品未能压缩至高度３ｍｍꎬ因此在应力应变曲线中只展示应变０.８以前的部分ꎮ表１㊀试件基本参数尺寸/ｍｍ密度/(ｋｇｍ－３)应变率/ｓ－１实验次数ｎϕ６０ˑ３０５００.００１５ϕ６０ˑ３０５００.０１５ϕ６０ˑ３０５００.１５ϕ６０ˑ３０９００.００１５ϕ６０ˑ３０９００.０１５ϕ６０ˑ３０９００.１５ϕ６０ˑ３０１１００.００１５ϕ６０ˑ３０１１００.０１５ϕ６０ˑ３０１１００.１５㊀㊀实验得到的９组应力－应变曲线如图２所示ꎮ从图中可以看出ꎬ应变０.８以前的部分可以完整地表现ＲＰＵＦ压缩过程的３个阶段:弹性阶段㊁屈服阶段㊁密实化阶段ꎮ２㊀基于数据挖掘的本构模型建立２.１㊀张量分解方法简介㊀㊀数据挖掘是指从大量的㊁不完全的㊁随机的实图２㊀３种密度泡沫在３种应变率下的应力－应变曲线际应用数据中ꎬ挖掘出隐含其中的㊁具有潜在有用信息的知识的过程[１４]ꎮ张量分解是一种可以对高维张量数据进行低维成分提取ꎬ研究低维数据中潜在的知识ꎬ并建立两者的定量关系的数据挖掘方法ꎮＣａｎｄｅｃｏｍｐ/Ｐａｐａｆａｃ分解(ＣＰ分解)作为张量分解法的一种常用方法ꎬ可以保证分解的唯一性ꎬ实现对多维数据中缺失数据的有效填充ꎮ如式(１)所示ꎬＣＰ分解可以将高维张量Ｘ降维成Ｒ个秩１张量的和ꎬ同时引入权值参数λꎬ将秩１张量矩阵归一化[１５]ꎮＸ＝ðＲｒ＝１λ(ｒ)ｕ(ｒ)１ˑｕ(ｒ)２ˑ ˑｕ(ｒ)Ｄ＋ζ(１)原始高维张量中的数据可以由式(２)的形式得到:Ｘｉ１ｉ２ｉＤʈðＲｒ＝１λ(ｒ)ᵑＤｄ＝１ｕ(ｒ)ｄ(ｉｄ)(２)式中:Ｒ为张量分解的秩数ꎻλ(ｒ)为第ｒ秩的权值参数ꎻζ为原始高维数据与拟合结果之间的误差ꎻＸｉ１ｉ２ｉＤ为对应各维度特定索引参数的原始张量ꎻＤ为张量分解的维数ꎻｕ(ｒ)ｄ(ｉｄ)为第ｄ维的索引参数ｉｄ对应的第ｒ秩第ｄ维的因子向量ꎮ２.２㊀本构模型建立首先ꎬ通过对实验得到的应力－应变曲线进行预处理建立原始张量ꎬ也就是用离散点集代替整条曲线ꎬ选择合适的取样间距以保持原数据的完整性ꎬ减少数据处理量ꎬ保证和整条曲线具有相同的分析结果ꎮ本文中应变的范围为[０ꎬ０.８]ꎬ等距取样的间距选为０.０４７ꎬ每条数据曲线可得到１７个样本点ꎬ如图３所示ꎬ样本点可以近似地表示出整条应力－应变曲线的形状及变化趋势ꎮ对９组实验数据曲线分别进行取样ꎬ建立原始张量数据ꎮ然后ꎬ利用ＣＰ分解法对原始张量数据进行降维处理ꎬ得到密度㊁应变率㊁应变３个维度的低维因子向量ꎮ在张量分解过程中ꎬ需要对张量分解的秩数进行优选ꎬ以得到更高的模型准确度ꎬ随后对各０９２０１９年第４８卷㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀机械设计与制造工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图３㊀对单组实验数据进行等距取样秩的低维数据进行多项式拟合ꎬ如式(３)所示ꎮＸｉ１ｉ２ｉＤʈðＲｒ＝１λ(ｒ)ᵑＤｄ＝１ｆ(ｒ)ｄ(ｉｄ)(３)式中:ｆ(ｒ)ｄ(ｉｄ)为第ｒ秩第ｄ维的因子向量的拟合函数ꎮ在对应变率维度和密度维度的低维因子向量进行拟合之前ꎬ将相应维度的物理参数先分别按式(４)和式(５)的形式进行数值压缩处理ꎮ应变维度的物理参数在[０ꎬ１]区间内均匀分布ꎬ不需要进行数值处理ꎮｉ２＝ｌｇ̇ε＋４(４)ｉ３＝ρ/１０(５)式中:̇ε为应变率维度的物理参数值ꎻρ为密度维度的物理参数值ꎻｉ２ꎬｉ３为对应维度的索引参数ꎮ由于应变率维度和密度维度的低维数据数据量较少ꎬ根据经验对数据特征进行判断ꎬ选用二阶多项式进行拟合ꎮ应变维度的低维数据数据量较大ꎬ需要选择合适的多项式阶次以保证拟合的精度ꎮ为了研究应变维度的多项式拟合阶次对模型准确度的影响ꎬ采用１秩张量分解进行阶次为５~１０的多项式拟合ꎬ拟合阶次对模型预测误差的影响见表２ꎮ由表２可知ꎬ当应变维度多项式拟合阶次低于８时ꎬ随着阶次的升高ꎬ模型的准确率有明显的升表２㊀拟合阶次对模型预测误差的影响阶次平均误差/％方差/％最大误差/％５９.３６１２.３４１６.７３６６.４２７.９６１０.４６７４.９６２.１６８.３０８４.３６０.９７６.９３９４.３１０.９５６.９１１０４.２７０.９３６.８７高ꎻ当阶次达到８之后ꎬ随着阶次的升高ꎬ模型的准确率虽略有提升ꎬ但提升幅度并不明显ꎮ考虑到过高的多项式阶次可能导致的过拟合现象以及模型复杂程度的提升ꎬ取应变维度的多项式拟合阶次为８ꎮ为了研究张量分解的阶次对模型准确度的影响ꎬ对原始张量数据采用１~４秩张量分解ꎬ应变维度采用８阶多项式进行拟合ꎬ张量分解秩数对模型预测误差的影响见表３ꎮ表３㊀张量分解秩数对模型预测误差的影响秩数平均误差/％方差/％最大误差/％１４.３６０.９７６.９３２２.７２０.３７６.８９３２.９４０.３９６.８６４２.７１０.３７６.８７㊀㊀由表３可知ꎬ当张量分解秩数达到２后ꎬ虽然秩数在增加ꎬ但模型的准确度始终保持在一个稳定的范围内ꎬ因此取张量分解的秩数为２ꎮ基于确定的张量分解参数建立ＲＰＵＦ轴向压缩条件下的本构模型如式(６)所示ꎮσ＝ð２ｒ＝１λ(ｒ)ð２ｊ＝０ωｒ１ｊρ１０()ｊ[]{ð２ｊ＝０ωｒ２ｊ(ｌｇ̇ε＋４)ｊ[] ð８ｊ＝０ωｒ３ｊεｊ()}(６)式中:σ为应力ꎻωｒ１ｊꎬωｒ２ｊꎬωｒ３ｊ分别为第ｒ秩张量数据中密度维度㊁应变率维度㊁应变维度的第ｊ阶多项式系数ꎻε为应变ꎮ本构模型参数见表４ꎮ表４㊀模型参数ｒλ(ｒ)密度维度应变率维度应变维度ωｒ１０ωｒ１１ωｒ１２ωｒ２０ωｒ２１ωｒ２２ωｒ３０ωｒ３１ωｒ３２ωｒ３３ωｒ３４ωｒ３５ωｒ３６ωｒ３７ωｒ３８１２３.３００.０１３－０.０６３－０.０５８０.０１４－０.００３０.５１８－９.５９７２３５.３－６１９.７６９４.３－４１０.３１３５.１－２４.３４２.１８６－０.００１４２６.３６３－０.０５５０.６９２－１.２７２０.０３３－０.０７１０.５６３－３０５.３１０７３－１５７０１２４７－５８５.８１６５.５－２７.３１２.４０８－０.００５９㊀㊀本构模型预测结果如图４所示ꎬ预测曲线与实验曲线基本保持一致ꎮ㊀㊀对模型预测结果和实验结果进行对比验证ꎮ对图４中的３组数据进行等距取样进行误差分析ꎬ如图５所示ꎬ平均误差为２.７２％ꎬ误差方差为０.３７％ꎬ最大误差为６.８９％ꎬ具有较高的准确性ꎮ３　结束语本文基于张量分解理论建立了ＲＰＵＦ在轴向压缩条件下的本构模型ꎬ该模型结构原理相对简１９２０１９年第３期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀曲杰:基于数据挖掘的硬质聚氨酯泡沫的本构模型图４㊀预测结果与实验结果的对比图５㊀计算结果与实验结果的相对误差单ꎬ对实验数据需求量少ꎬ通过多秩累加拟合得到的形函数具有更高的准确性ꎮ但是模型建立过程中的张量分解秩数和低维拟合阶次的选取方法还有待进一步研究ꎮ参考文献:[１]㊀卢子兴.复合泡沫塑料力学行为的研究综述[Ｊ].力学进展ꎬ２００４ꎬ３４(３):３４１－３４８.[２]㊀郑温洛.硬质聚氨酯泡沫在车门内饰板中的应用[Ｄ].广㊀㊀州:华南理工大学ꎬ２０１３.[３]㊀ＢＩＧＧＤＭ.Ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｔｈｅｓｈｏｃｋｍｉｔｉｇａｔｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｒｍｏ￣ｐｌａｓｔｉｃｆｏａｍｓ[Ｊ].ＰｏｌｙｍｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｓｃｉｅｎｃｅꎬ２０１０ꎬ５０(９):５４８－５５６.[４]㊀ＲＡＭＯＮＯ.Ｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｐｏｌｙｍｅｒｉｃｆｏａｍｓｕｓｅｄａｓｃｕｓｈｉｏｎｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓ[Ｊ].ＰｏｌｙｍｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｓｃｉ￣ｅｎｃｅꎬ１９９０ꎬ３０(２):１２９－１３３.[５]㊀ＲＵＳＣＨＫＣ.Ｌｏａｄ－ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｆｌｅｘｉｂｌｅｆｏａｍｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｏｌｙｍｅｒＳｃｉｅｎｃｅꎬ１９６９ꎬ１３(１１):２２９７－２３１１.[６]㊀ＲＵＳＣＨＫＣ.Ｌｏａｄ‐ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｂｒｉｔｔｌｅｆｏａｍｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｏｌｙｍｅｒＳｃｉｅｎｃｅꎬ１９７０ꎬ１４(５):１２６３－１２７６.[７]㊀ＮＡＧＹＡꎬＫＯＷＬꎬＬＩＮＤＨＯＬＭＵＳ.Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｆｏａｍｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓｕｎｄｅｒｄｙｎａｍｉｃｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｅｌ￣ｌｕｌａｒＰｌａｓｔｉｃｓꎬ１９７４ꎬ１０(３):１２７－１３４.[８]㊀ＳＨＥＲＷＯＯＤＪＡꎬＦＲＯＳＴＣＣ.Ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕ￣ｌａｔｉｏｎｏｆｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｂｉｎｇｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｆｏａｍｕｎｄｅｒｉｍｐａｃｔｌｏａｄ￣ｉｎｇ[Ｊ].ＰｏｌｙｍｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｓｃｉｅｎｃｅꎬ１９９２ꎬ３２(１６):１１３８－１１４６.[９]㊀胡时胜ꎬ刘剑飞ꎬ王梧.硬质聚氨酯泡沫塑料本构关系的研究[Ｊ].力学学报ꎬ１９９８ꎬ３０(２):１５１－１５６.[１０]白晓明.基于数据挖掘的复合材料宏－细观力学模型研究[Ｄ].哈尔滨:哈尔滨工业大学ꎬ２０１６.[１１]郭炜炜.基于张量表示的多维信息处理方法研究[Ｄ].长沙:国防科学技术大学ꎬ２０１４.[１２]ＡＳＴＭＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ.Ｓｔａｎｄａｒｄｔｅｓｔｍｅｔｈｏｄｆｏｒｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｐｒｏｐｅｒ￣ｔｉｅｓｏｆｒｉｇｉｄｃｅｌｌｕｌａｒｐｌａｓｔｉｃｓ:ＡＳＴＭＤ１６２１－２０１０[Ｓ].ＷｅｓｔＣｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ:ＡＳＴＭＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌꎬ２０１０.[１３]李亚成.吸能聚氨酯泡沬多轴机械性能测试[Ｄ].广州:华南理工大学ꎬ２０１６.[１４]王光宏ꎬ蒋平.数据挖掘综述[Ｊ].同济大学学报(自然科学版)ꎬ２００４ꎬ３２(２):２４６－２５２.[１５]朱彦君ꎬ吴向阳.基于张量分解的多维数据填充算法[Ｊ].计算机工程ꎬ２０１４ꎬ４０(５):４５－４８.ＴｈｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌｏｆｒｉｇｉｄｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｆｏａｍｂａｓｅｄｏｎｄａｔａｍｉｎｉｎｇＱｕＪｉｅꎬＸｕＬｉａｎｇꎬＬｉＺｈｉｊｕｎꎬＺｈａｏＸｉａｏｈａｎ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＧｕａｎｇｄｏｎｇＧｕａｎｇｚｈｏｕꎬ５１０６４１ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｒｉｇｉｄｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｆｏａｍ'ｓｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓꎬａｄａｔａｍｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｔｅｎｓｏｒｆａｃｔｏｒｉｚａｔｉｏｎｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｏｎｉｔｓｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌ.Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｆｏａｍｓｏｆｔｈｒｅｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｎｓｉｔｉｅｓａｒｅｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄｂｙｕｎｉｖｅｒｓａｌｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒａｉｎｒａｔｅｓ.Ｔｒｅａｔｉｎｇｔｈｅｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅｓｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔꎬｉｔｏｂｔａｉｎｓｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｔｅｎｓｏｒｄａｔａｏｆｄａｔａｍｉｎｉｎｇ.Ｕｓｉｎｇｄｅｎｓｉｔｙꎬｓｔｒａｉｎｒａｔｅａｎｄｓｔｒａｉｎａｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓꎬｉｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｓｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｔｅｎｓｏｒｄａｔａｉｎｔｏｌｏｗ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｄａ￣ｔａｗｉｔｈｔｅｎｓｏｒｆａｃｔｏｒｉｚａｔｉｏｎ.Ｌｏｗ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｄａｔａａｒｅｆｉｔｔｅｄｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈｔｈｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌｏｆＲＰＵＦｕｎｄｅｒａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ.Ｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｅｄｒｅｓｕｌｔｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｃｔｕａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａｉｓｗｉｔｈｉｎ５％ｅｒ￣ｒｏｒ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｒｉｇｉｄｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｆｏａｍꎻｕｎｉａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎꎻｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌꎻｄａｔａｍｉｎｉｎｇꎻｔｅｎｓｏｒｆａｃｔｏｒｉｚａｔｉｏｎ２９２０１９年第４８卷㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀机械设计与制造工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀。

不同密度硬质聚氨酯泡沫的力学性能和本构关系

不同密度硬质聚氨酯泡沫的力学性能和本构关系
刘欢;黄瑞源;马佳佳;刘元凯;柏绍波;王成
【期刊名称】《包装工程》
【年(卷),期】2024(45)11
【摘要】目的不同密度的硬质聚氨酯泡沫(RPUF)适用于不同的工程应用,通过对不同密度RPUF力学性能开展研究,并对现有的本构模型加以修正,得到材料真实的本
构关系。

方法通过开展不同密度RPUF材料的准静态压缩实验(0.001 s^(−1))及不同加载速率(100~1000 s^(−1))下的动态压缩力学性能实验,得到材料的应力-应变曲线,在此基础上分析RPUF材料的密度效应及应变率敏感性,得到其真实本构关系。

结果RPUF材料力学性能受到密度和应变率的耦合影响,随着密度以及应变率的增大,RPUF材料的屈服应力呈指数函数形式增大;给出了RPUF材料屈服应力与应变
率及密度之间的函数关系式。

结论得到了基于实验数据以及横向惯性效应修正后的Sherwood-Frost模型(M-S-F模型),研究结果可为RPUF材料在抗冲击方面的工
程应用提供指导。

【总页数】9页(P282-290)
【作者】刘欢;黄瑞源;马佳佳;刘元凯;柏绍波;王成
【作者单位】西北机电工程研究所;福州大学;南京理工大学
【正文语种】中文
【中图分类】TB324
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