聚合物薄膜在平头压痕中的外禀塑性硬化
材料科学
2021-06-09 v2 介观与纳米尺度物理
摘要
受限几何构型提供了有用且实验上易于处理的力学测试安排，用以研究在静水压力主导而非剪切的应力环境中控制塑性屈服的分子与微结构过程。然而，从单轴压缩等无约束模式切换到受限模式所引起的宏观应力-应变行为变化常被忽视，并表现出惊人的复杂性，即便对简单的弹塑性本构模型亦如此。本文报道了聚苯乙烯薄膜中一种由圆柱平头压头反复塑性加载引发的约束诱导应变硬化效应，该压头直径数倍于初始膜厚。这一高径比与压痕周围薄膜材料提供的约束相结合，在压入区产生受限单轴应变状态，使变形为一维。通过反复加载至塑性域，我们实现了受限屈服应力从 0.3 GPa 到 0.5 GPa 的 66% 提升。通过有限元模拟及主应力与应变的解析建模，我们表明该效应并非源于材料结构的内禀变化，而是塑性加载过程中引入的残余应力。我们将此效应与玻璃态薄膜的物理老化、热交联等内禀变化作了对比。
引用
@article{arxiv.2007.09756,
title = {Extrinsic plastic hardening of polymer thin films in flat punch indentation},
author = {Owen Brazil and Johann P. de Silva and John B. Pethica and Graham L. W. Cross},
journal= {arXiv preprint arXiv:2007.09756},
year = {2021}
}
备注
23 pages, 5 figures