聚氨酯高聚物注浆材料剪切测试与有限元模拟

发布时间：2025-05-06 21:33

　　 通过扭转试验对高聚物注浆材料剪切性能进行试验研究,并在扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)下观测了试件断面处胞体形状破坏特征,在此基础上通过有限元数值模拟,对其剪切变形力学响应特征及剪应力分布规律进行了研究。结果表明:密度对高聚物材料的剪切强度及剪切模量影响显著,且随着高聚物材料密度的增加,其剪切强度和剪切模量被显著提升;高聚物材料胞体分布遵循能量最低原理,密度越大,胞体表面积越小,表面能越小,体系越稳定;面心立方体堆砌模型可以较好模拟材料剪切变形行为,且密度越大,拟合效果越好。

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【部分图文】：

图1 试件成品

为探讨密度对高聚物剪切力学性能的影响，本文以哑铃状空心圆筒试件为研究对象，利用自制的注浆模具制作了16个不同密度的空心圆筒扭转试件，可通过向固定体积的模具中注射不同量的高聚物来控制试件密度。注浆成形后的试件如图1所示，各试件基本参数见表1。1.2试验设备

图2 试验设备及过程

此外，为探讨扭转剪切试件的破坏机理，本文采用日本JEOL公司产的JSM-7500F型SEM对破坏后的扭转试件断口进行了微观形态分析。2试验结果与分析

图3 不同密度试样扭矩-扭转角曲线

由图3的高聚物注浆材料的扭矩转角曲线可知，不同密度高聚物材料在扭转作用下具有不同的变形特征，低密度试件(0.15g/cm3)的扭转曲线具有较多的锋齿状波动，对于试验过程中出现大量细小裂纹，裂纹发展的过程中会吸收部分能量，同时也会增大时间变形，但表面低密度试件具有一定的剪切柔性。....

图4 圆筒试样破坏状态

图3不同密度试样扭矩-扭转角曲线根据弹性力学厚壁圆筒扭转的解答，最大剪应力qmax可以由式(1)确定

本文编号：4043121