[发明专利]一种基于化学反应的材料力学性能统一表征方法

说明书

本发明公开了一种基于化学反应的材料力学性能统一表征方法，属于材料力学性能检测技术领域。该方法的实现步骤如下：首先测量样品的尺寸参数；然后利用静动态综合试验获得样品的力‑位移‑时间曲线数据，其次在基于化学反应的材料弹性本构模型中输入试验过程参数，再将力‑位移‑时间曲线数据导入基于化学反应的材料弹性本构模型，最后通过优化算法自动拟合本构模型中的各项参数。本发明通过一个统一的模型解释了材料和结构的多种静动态力学性能，可以解决工程应用中复杂非金属结构的多种力学性能因交错在一起而造成分别试验和预测时的不准确和脱离工程实际的问题，拓宽了非金属材料在工程中的应用范围，并为力学超材料技术的应用奠定技术基础。

技术领域

本发明属于材料力学性能检测技术领域，具体涉及一种基于化学反应的材料力学性能统一表征方法。

背景技术

力学性能是材料应用时考虑的主要因素之一。经过长期的学习和追赶国外，我国的科技水平积累到当前，也迎来了技术创新与发展的新时代，各种创新产品不断涌现。而随着仿真设计技术、计算机技术、3D打印技术等新时代技术的深入应用与融合，创新产品中出现的复杂结构越来越多，应用的材料种类也越来越丰富。当所使用的材料并非简单的线弹性或超弹性时，由于蠕变、松弛、马林斯效应等多种非线性力学特征的综合作用，结构的动态或长期工作状态难以通过传统的动静比、蠕变指数、阻尼比、永久变形量等独立的性能指标进行预测，这给材料的工程应用造成了困难，特别是在超材料隔振器，超材料减振器，超材料冲击防护结构中的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于化学反应的材料力学性能统一表征方法，通过建立基于化学反应的材料弹性模型进行反演拟合，得到表征材料综合力学性能的参数组，用于预测使用高分子材料制成的复杂结构件静刚度、动刚度、蠕变、阻尼等力学性能，解决了工程应用中复杂非金属结构的多种力学性能因交错在一起而造成分别试验和预测时的不准确和脱离工程实际的问题。

一种基于化学反应的材料力学性能统一表征方法，该方法的实现步骤如下：

步骤一：测量样品的尺寸参数；

步骤二：利用静动态综合试验获得样品的力-位移-时间曲线数据，试验过程为加载→保载→动态循环加载→卸载或者其他自定义过程；

步骤三：在基于化学反应的材料弹性本构模型中输入试验过程参数：起点、加载速率、终点、保载时间、动态加载频率和振幅；

步骤四：将力-位移-时间曲线数据导入基于化学反应的材料弹性本构模型；

步骤五：通过优化算法自动拟合本构模型中的各项参数。

进一步地，所述基于化学反应的材料弹性本构模型定义为：

E_(t)＝E₁+Σ(E_t1+E_t2+…+E_ti+…+E_tn) (式1)

其中：

E_(t)为t时刻材料表现出的弹性模量；

E₁为材料不随时间变化的弹性项，为线弹性或超弹性；

E_ti(i＝1,2,…,n)为第i种与应变相关的化学反应机理的瞬时弹性项，式2为针对可表现出常规的蠕变性能表征的一种E_ti的表达方式：

E_ti＝T_(i)×c_(i) (式2)

其中：

T_(i)为弹性常数，单位与弹性模量一致；