各向异性高分子材料的疲劳裂纹扩展

测定有机玻璃(PMMA)的疲劳裂纹扩展速度特性曲线,是断裂力学基本原理关系的实验。高分子材料疲劳裂纹的扩展速度,也可以用线弹性断裂力学导出的应力强度因子幅度的指数法则来表示。本实验采用热延伸方法赋予PMMA材料以各向异性的性质,考察了分子链取向度和取向方位角对于疲劳裂纹扩展速度和扩展方向产生的影响。经研究表明,在分子链取向层间,材料的抗拉和抗剪强度均降低,裂纹的扩展速度加快,而在与分子链取向相垂直的方向,材料对裂纹扩展的阻力上升。由于裂纹有向分子链取向层间扩展的倾向,裂纹扩展的方向将发生弯曲。 PMMA高分子材料断面的疲劳条痕与dc/dN—⊿K关系曲线有一定的对应关系:此关系曲线斜率的转折点I与断面条痕由低速稳定扩展向高速稳定扩展的过渡区域相对应;转折点I以下的线段对应于低速稳定扩展区;转折点I以上的线段对应于高速稳定扩展区。在裂纹沿分子链取向方向扩展的场合,转折点I的⊿K水平随分子链取向程度的增加而下降,在裂纹沿与分子链取向相垂直的方向扩展的场合,转折点I的⊿K水平随分子链取向程度的增加而上升。