amorphous thermoplastic polymers under extreme dynamic loading 的构象理论

我们提出了一种用于描述非晶热塑性聚合物在极端动态加载下的变形和失效行为的几何非线性连续介质理论。该模型旨在捕捉材料在各种加载速率、温度和应力状态下的响应，涵盖冲压压缩、非弹性变形、熔化、分解和碎裂。粘弹性、粘塑性、局部剪切屈服的脆性失效以及基于 crazing 的脆性断裂都可以在这种强烈加载条件下发生。已有的理论只考虑其中一或数种物理机制，而本工作提出了完整的、一致的表述。该理论基于热力学，引入内部状态变量以描述动态分子和网络构象变化对粘弹性和塑性变形的影响，并使用阶跃参数来描述跨状态依赖的玻璃转化和冲击分解阈值的更剧烈的结构变化。一种相场阶跃参数捕捉材料从脆性断裂或脆性失效中产生的降解，包括基于 crazing 的孔隙演化。该理论用于 polymethyl methacrylate (PMMA) 的极端动态加载情境。高压平衡响应——包括在已知范围内的剪切强度和温度——沿主浸线良好地表征了压力远超冲击分解的范围。预测的释放波速度与实验一致。一种半解析解描述稳态波，揭示了相对较低压力下的粘弹性情境，提供了关于松弛时间的洞见。一维计算评估了该模型在各种初始温度和加载速率下，能否代表实验中看到的 spall 断裂强度。