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洛德参数对聚乙烯损伤及断裂的影响

聚乙烯；损伤；断裂；洛德参数

聚乙烯(Polyethylene, PE)作为一种高分子聚合物材料，因其具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、耐冲击性和化学稳定性而被广泛应用于管道、电力、汽车等领域。PE材料的失效破坏会造成管道泄漏、爆炸等严重后果，研究PE材料的损伤断裂行为有重要意义。PE的损伤断裂行为与其所受的应力状态紧密相关，而应力三轴度和洛德参数是表征应力状态的重要参数。因此，本文采用力学试验和有限元模拟相结合的手段研究应力三轴度和洛德参数对PE材料损伤和断裂的影响。首先，设计加工一系列具有不同洛德参数的缺口平板试样并以1 mm/min的速度进行单轴拉伸试验直至断裂。建立PE材料的唯象学本构模型，并结合连续介质损伤(CDM)模型对PE缺口平板试样的单轴拉伸断裂进行模拟，成功重现了试验测得的工程应力-位移曲线。结果表明，试样的洛德参数在变形过程中不断变化，总体趋势由1逐渐减小到0，且平均洛德参数随缺口半径的增大而增大；随洛德参数的增加，临界损伤参数减小，而临界断裂应变增大；综合应力三轴度和洛德参数对损伤和断裂的影响发现，洛德参数对应力三轴度与临界断裂应变的影响随应力三轴度的增大而减小。