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第六章聚合物材料结构件的可靠性原理

(2018-10-08 10:35:36)
标签:

原创科技著作

分类: 聚合物材料可靠性分析原理

 

       聚合物材料可靠性分析原理

                            石拓·著

 

            第六章 聚合物材料结构件的可靠性原理

 

 

1987年,我们开始了因为聚合物材料老化而引起结构件失效的研究,提出了聚合物材料,以及聚合物基复合材料结构件的使用寿命问题,得到了结构件使用寿命的失效分布函数,及其一些有价值的结果。因此在《材料科学进展》(1989年)杂志上发表了题为《高分子材料结构构件的失效分析》(The Failure Analysis of Structure Component of Polymer Materials1989)的论文。

 

本章的内容是建立在上述论文的基础上。除了可靠性原理方面,给出了详细的数学推导外,还增补了当年没有公开发表的一些工作结果。

 

6.1问题的提出

 

由于聚合物材料的老化,即使在最大的荷载低于材料的屈服强度条件下长期使用,高分子聚合物的表面,也将产生裂纹,裂纹没有规律。尽管最初出现的裂纹非常细微,肉眼很难观察得到。但是,随着荷载作用的时间增加,裂纹将会扩展,并且,无规则地扩大到临界尺寸。与此同时,聚合物材料的强度逐渐下降。下降的结果使得,即使聚合物材料的结构件,承受最低的设计荷载,也会使得材料断裂而失效。

 

实验的结果表明,材料性能的丧失,有老化的原因,也有疲劳的原因。聚合物材料的结构件,在使用过程中的化学老化,或者高分子聚合物本身的缺陷,使得材料产生微观的裂纹[1]。此外,聚合物材料的结构件,因为受到荷载的长期的作用,引起材料的疲劳。材料的疲劳同样是性能下降原因,并且也是不可逆的。我们把材料因为疲劳而性能下降的现象,称为物理老化。

 

因此,有理由相信,聚合物材料结构件在荷载作用下,之所以失效,是由于所处环境荷载的长期作用。作用的结果,使得材料产生了物理化学的综合效应,包括化学—物理老化。于是,在宏观上出现裂纹,裂纹继而扩展开裂,直到失效。并且,这一过程是连续性的,但没有规律可循。我们把这一过程,称为聚合物材料结构件,化学物理老化的扩散过程,简称扩散过程。

 

显然,因为扩散过程的最终结果,导致了结构件的失效。于是问题就来了:由于扩散的无规性,导致了结构件失效时间的不确定性,因此在可靠性意义下估算结构件的使用寿命,成为了一个非常有价值的课题。

 

在这里,我们把聚合物材料结构件,既有老化又有疲劳的试验,简称为疲劳试验。疲劳试验是估算聚合物材料结构件使用寿命的一种方法。


(待续)


 

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