[发明专利]一种硬质泡沫长期蠕变性能加速表征方法

说明书

本发明提供了一种硬质泡沫长期蠕变性能加速表征方法，基于对PMI材料进行的四种温度下的逐级加载蠕变试验，获得PMI材料在不同温度和载荷条件下的蠕变曲线。并将分级等应力法与时间‑温度等效原理相结合，组成分级等应力‑时温等效法方法，构建了PMI材料的蠕变性能主曲线，实现了PMI材料长期蠕变性能的加速表征。该方法应用等效原理将原本耗时较长蠕变性能的力学试验通过升高温度、载荷并沿对数时间轴移位的方式构建出参考应力和温度下的主曲线。该主曲线表征的时间跨度可扩展到试验时长的数个甚至数十个数量级，进而大大缩短试验时间。

技术领域

本发明属于弹塑性材料蠕变特性研究领域，特别是一种硬质泡沫长期蠕变性能加速表征方法。

背景技术

聚甲基丙烯酸甲酯(PMI)等材料因其良好的缓冲减振性能、高比强度、高比刚度、性能可设计和易加工成型等优势在诸多领域均获得了广泛应用。与传统弹塑性材料的力学特性不同，此类材料往往在常温下即表现出粘弹性力学特性，即其力学参数具有时间、温度、应力和应变率相关性。在刚强度满足设计要求的前提下，此类粘弹性材料的失效形式多源于长期工作产生的蠕变和应力松弛所导致的力学性能减弱甚至损伤和断裂。

现阶段关于PMI等材料的蠕变研究基本都是基于宏观蠕变实验，通过对蠕变实验进行数据分析，寻找规律建立蠕变本构模型并进行材料蠕变寿命预测。当前主流的对材料长期蠕变性能加速表征方法的研究主要基于时间温度等效原理(TTSP)、与分级等应力方法(SSM)进行研究，利用TTSP方法可以理解为原本耗时较长的力学试验通过升高温度并沿对数时间轴移位的方式构建出某一参考温度下的主曲线。该主曲线的时间跨度可扩展到试验时长的数个甚至数十个数量级，进而大大较短试验时间。SSM方法即使用单个试验件在恒定温度下进行加载，使用阶梯载荷进行加载且每级载荷均持续一定时间，经过垂直移位、曲线重构、水平移位，最终通过在对数坐标轴上对曲线进行水平移位获得材料在参考应力σ₀下的蠕变主曲线。在应用这些等效原理时，对已获得的试验曲线进行移位并构建出较为理想的主曲线进而获得材料长期力学性能是试验的最终目的。

以上等效原理虽然可以作为一种材料长期蠕变性能加速表征的方法，但在实际的应用中存在试验件数量过多，试验件间形状误差和初始缺陷等因素对试验结果的影响过大，表征时间范围相对较短的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硬质泡沫长期蠕变性能加速表征方法，以解决现有的加速表征材料长期蠕变特性的方法，TTSP与SSM中存在当其表征时间长时，其所需材料试件过多引起的误差过多和表征时间范围小的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种硬质泡沫长期蠕变性能加速表征方法，包括以下步骤：

步骤1、对硬质泡沫材料进行蠕变试验，得出硬质泡沫材料不同温度条件下的时间-应变曲线实验结果；

步骤2、对不同温度下的时间-应变曲线分别进行垂直移动，得到各温度下只保留蠕变和第一级弹性应变的应变-时间曲线；

在单一温度下的时间-应变曲线，将每一级载荷瞬时的应变去掉，曲线下移，得出去除瞬时应变只保留蠕变和第一级弹性应变的应变-时间曲线；

步骤3、对各温度下只保留蠕变和第一级弹性应变的应变-时间曲线进行重构，得到去除蠕变累积的各单级载荷独立作用下的独立蠕变曲线；

采用幂率函数拟合的方法得到除初始载荷外的其余各级载荷作用下从理论加载起点开始的蠕变曲线，将除第一级以外的其余各级载荷的理论加载起点均移动到时间零点处，并去除掉该级之前的前几级载荷的蠕变累积，即可得到该单级载荷独立作用下的独立蠕变曲线；

步骤4、对已经获得的该单级载荷独立作用下的独立蠕变曲线使用SSM方法进行水平移位，获得材料在参考应力σ₀下的蠕变主曲线；