《高分子物理》PPT课件

K1 a
力越强，大；裂缝越长，a越 大
——为裂纹扩展动力
Discussion
临界应力强度KIc 裂纹扩展阻力
应力强度因子K1 裂纹扩展动力
临界应力强度KIc 临界应力强度KIc
应力强度因子K1 应力强度因子K1
裂纹稳定 裂纹扩展
Exercise
现有一块有机玻璃(PMMA)板，内有长度为10mm的中心 裂纹，该板受到一个均匀的拉伸应力=450*106N/m2的作
c
EGc
a
Gc-拉伸过程中材料所吸收的能量 a-裂缝长度的一半
临界应力强度K1c和应力强度因子 K1
Critical stress intensity KIc
KIc c a EGc
E-弹性模量 Gc-拉伸过程中材料所吸收的能量
——为裂纹扩展阻力
Stress intensity factor K1
用力。已知该材料的临界应力强度因子 KIc=84.7*106N/m2.m1/2,安全系数n=1.5,问板材结构是否安 全？
K1 a
a =10mm/2=5*10-3m
K1 450*106 *5*103 56.4*106 N / m2m1/2
临界应力强度KIc
应力强度因子K1
裂纹稳定
本讲小结
fatigue fracture surface
SEM fracture surface of polymer and wood matrix
Comparing of brittle and ductile fractures（分析判
断）
脆性断裂
韧性断
屈裂服
无
有
无
有
-线
线性
非线性
线性
非线性
b 断裂能 断裂表面 断裂原因
拉伸强 度
拉伸模量
抗弯强 度
弯曲模量
压缩强
硬度
度 屈服前断脆性断
裂
屈服后断韧性断 裂
8.3.1 脆性断裂与韧性断裂
脆性断裂
屈服前 断裂
韧性断裂
屈服后 断裂
无塑性 流动
有塑性 流动
表面光 滑
表面粗 糙
张应力 分量
切应力 分量
试样发生脆性或者韧性断裂与材料组成有关 ，除此之外，同一材料是发生脆性或韧性断
断裂应力和屈服应力谁对应变速率更敏 感？
脆性断裂和韧性断裂判断
T<Tb, 先达到b，脆性断裂
T >Tb, 先达到y，韧性断裂
Application
对材料一般使用温度为哪一段？
——T >Tb
Tb越低材料韧性越 好
差
Three states
Tb~Tg
Tg~Tf
Tf~Td
Example – PC聚碳酸酯
裂还与温度T 和拉伸速度 有关。
Fra Baidu bibliotek
相比于脆性断裂，韧性断裂的断裂面较为光滑 粗糙 断裂伸大长率较小
材料的断裂方式分析
聚合物材料的破坏可能是高分子主链的化学键断 裂或是高分子分子间滑脱或分子链间相互作用力 的破坏。
化学键拉 断
15000MPa
理论值
分子间滑脱
5000MP a
分子间扯 离
氢键 500MPa
范德华力 100MPa
在断裂时三种方式兼而有之，通常聚合物理论 断裂强度在几千MPa，而实际只有几十Mpa 。
WHY？
PA, 60 MPa
e.g.
PPO, 70 MPa
exp eriment
(1 100
~
1 )
1000
theory
理论值与实验结果相差原 因
样条存在缺陷 应力集中
polymer based concrete containing spherical inorganic particles
小
大
小
大
平滑
粗糙
发向应力
剪切应力
小
大
小
大
平滑
粗糙
发向应力
剪切应力
脆韧转变温度 Tb
Brittle ductile transition 脆韧转变
Tb is also called brittle temperature. ——脆化温度，脆化点
在一定速率下（不同温度）测定的 断裂应力和屈服应力，作断裂应力 和屈服应力随温度的变化曲线
公式表达
t
0 (1
2a ) b
对圆形，a=b
t 3 0
对椭圆，a增加，b减小
剧
烈 t
——最终结果就是断裂
问 打破沙锅 到底
问=
Griffith crack theory 断裂理论
——讨论什么时候裂纹开始扩展
Griffith从能量平衡的观点分析断裂过程，结
果：
裂缝扩展的临界应力
E-弹性模量
Tg=150°C Tb=-20°C
室温下易不易碎？
Example – PMMA聚甲基丙烯酸甲 酯
Tg=100°C Tb=90°C
室温下脆还是韧？
Acrylic-PMMA
The influence on Tb
（1）增加应变速率，脆化温度如 何变化？
（2）存在缺口，形成应力集中， 趋向于脆性，脆化温度升高。
8.3.2 Griffith crack theory断裂理论
为什么材料的实际强度远远低于理 论强度？
存在缺陷
缺陷处应力集中
为什么在缺陷处断裂？
缺陷处应力多大？
Griffith theory
无限大平板中椭圆形裂缝的应力集中
Ellipsoid
b a
考察椭圆周围什么地方受力最大？
—应力集中处（多大？）
聚合物的强度及格理非斯断裂理论
主要内容：
•聚合物的强度 •聚合物的断裂形式 •格理非斯断裂理论
本讲重点及要求：掌握聚合物的强度及格理非斯断裂 理论。 教学目的：了解材料的破坏形式和理论，指导材料的 制备和使用。
8.3 聚合物的断裂与强度
张应力
强度是指物质 抵抗破坏的能 力
弯曲力 矩
压应力
如何区分断裂形式？ ——关键看屈服