154 / 2021-04-12 17:04:06

嵌段共聚物弹性体动态孔洞形核、生长和失效的分子动力学研究：从分子机理到宏观规律

嵌段共聚物,动态损伤,分子动力学,跨尺度

聚合物及其复合材料广泛用于冲击防护，航空航天部件和其他领域，相比金属更轻质。尤其是聚脲和聚氨酯，与金属或玻纤复合材料结合后可显著提高抗冲击波、抗侵彻能力。由于应用场景多涉及高频、高应变率或高压的动态载荷，弹性体的动态变形与失效问题必须被很好的理解和描述。在裂纹尖端、层裂实验、界面脱粘等工况下，弹性体受高三轴载荷作用，可能产生孔洞损伤和失效。孔洞形核、生长与分子链构象和材料微结构息息相关。分子动力学是探究微观机理的有效手段。这项工作旨在建立一个跨尺度的计算框架。由分子动力学和粗粒化模型分析聚合物孔洞失效的微观机理，输出多种三轴度和应变率下单胞微元的平均状态量，基于此建立弹性体孔洞损伤的宏观均匀化模型（包括形核准则、流动法则和失效准则），最后通过有限元模拟验证。另外，聚脲是具有微相分离结构的嵌段共聚物，两相微结构对其动态力学行为有较大影响[1,2]。本工作也分析了嵌段共聚物特有的损伤机理。