有機玻璃在不同情況下的變化
拉伸試樣幾何尺寸工程實際應用中迫切需要知道MDYB23的斷裂破壞應變。而這種材料的動態拉伸試驗中存在許多困難。為了保證試樣在有效段內斷裂，并且有效捕獲透射桿上的微小信號，試樣設計為所示形狀。大的圓弧過渡即保證了試樣在有效段內斷裂，又有效地降低了試樣中應力集中現象的產生。為了有效地實現波阻抗的匹配和改進信噪比，在動態拉伸試驗中將透射桿材料改為波阻抗較小的鋁。這些方法更加有效地獲得了MDYB23的動態拉伸性能。但是試樣上的圓弧過渡卻使得由Hopkinson桿得出的應力應變關系的可靠性受到了質疑。為了說明動態拉伸試驗結果的有效性，在試驗前通過直接在試樣上貼應變片獲得試樣的應力應變關系，然后與分離式Hopkinson拉桿的入射桿和透射桿上應變片計算出的試樣應力應變曲線進行比較，結果，表明了試樣上應變片測得的應力應變關系與由分離式Hopkinson拉桿計算出的試樣應力應變關系基本相同。即可認為本文建立的分離式Hopkinson拉桿裝置所獲得的MDYB23試樣的應力應變曲線是可靠的。在高應變率試驗中為了滿足試樣保溫時間長、保溫過程穩定等要求，采用反饋式加熱系統，試樣直接置于加熱爐內。低的試驗溫度由液氮獲得。因而使試驗溫度可從-55e到120e.安裝于試樣上的熱電偶用來反饋并控制試樣溫度。當溫度到達預定值后至少在該溫度保持5分鐘，使試樣中的溫度達到平衡后再開始進行試驗。
試驗結果分析準靜態壓縮試驗結果如所示。從圖中可以看出隨著溫度的上升，材料的屈服強度和彈性模量依次呈現下降趨勢。80e和100e的曲線幾乎重合，這一現象說明在溫度達到或者接近有機玻璃的玻璃化轉變溫度Tg時材料發生了軟化，強度已經非常小。不同溫度下準靜態壓縮應力應變曲線中給出了MDYB23型有機玻璃準靜態壓縮試驗中，材料屈服應力（R0.2）和彈性模量值隨試驗溫度的變化曲線。從圖中可以明顯地看出，材料的屈服應力和彈性模量都隨溫度的升高而呈下降趨勢。當溫度上升到80e以上時，材料的彈性模量和屈服應力都趨于平緩，也就是中80e和100e曲線重合的現象；當溫度低于-18e時，彈性模量的變化也十分緩慢，而屈服應力卻沒有表現出這一性質。即在較高溫度下材料的剛度與強度都下降到一個定值。在溫度較低時材料的剛度基本——上接——近于一個恒定的極限值，強度卻隨溫度的下降（0e以下）呈現增強的趨勢。高分子物理學認為接近玻璃化轉變溫度時，高聚物的分子鏈段由初始的/凍結0狀態向/自由0狀態轉變。因此分子鏈段的運動變得相對容易，其力學狀態介于固體與流體之間，從而表現為力學性能趨向于一個定值。靜態壓縮時彈性模量和屈服應力與試驗溫度的關系對于動態壓縮試驗，在應變率為5@102PS的情況下，由應力應變曲線可以看出，試驗溫度由40e上升到100e時MDYB23的動態模量的下降速度明顯加快。而在試驗溫度為255e和218e時，MDYB23的動態模量幾乎沒有太大的變化。另外，在試驗溫度為40e或低于40e時，材料幾乎沒有發生塑性流動就斷裂破壞了。當試驗溫度上升到80e時可以從應力應變曲線上看到，試樣發生了一定的塑性流動變形以后才斷裂破壞。當試驗溫度升高到100e時，應力應變曲線表現為非線性，在發生了很大的塑性流動變形后試樣才斷裂破壞。并且在試樣斷裂前，流動應力有小幅下降，即試樣試驗時的最大應力并不是試樣斷裂時的應力。
這可能是因為在較高溫度下，分子鏈段的運動相對容易，當應力增大到一定的值時部分鏈段開始斷裂失去承載能力，但仍有大部分分子鏈可以承受載荷直至試樣斷裂，因此在應力應變曲線上表現出了試樣的破壞應力略低于最大應力的現象。應變率為時不同溫度下壓縮應力應變曲線所示的是應變率為2@103PS時的試驗曲線，與應變率為5@102PS時類似，當試驗溫度大于等于80e時試樣發生了塑性流動，在試驗溫度低于或等于15e時試樣幾乎未發生塑性流動就發生了斷裂。但是，與應變率為時有所不同的是，應變率為時，試驗溫度較低時試樣發生斷裂時的破壞應變集中在左右，而應變率為的低溫破壞應變在左右，斷裂時的破壞應力大體相同（300MPa左右）。也就是說，應變率為2@103PS時的動態模量比5@102PS時的動態模量大。應變率為2@103PS和5@102PS的高溫試驗應力應變曲線也存在差異，即在高的壓縮速率時試樣沒有明顯的斷裂點，而是在應力達到最大峰值后緩慢下降直到試樣完全斷裂。給出了三種應變率下壓縮模量與溫度的關系，可以看到隨著應變率的增加，材料的模量也是增加的。也就是說這種材料存在應變率硬化現象。并且隨著溫度的升高，不同應變率的模量之間的差值是減小的，即這種應變率硬化現象與溫度有關，隨著溫度的升高應變率硬化現象越來越不顯著。綜合、和可以看出，隨著應變率的增加，同一溫度下試樣屈服應力或應力應變曲線上的最大應力也隨著增加，即該材料的強度是隨應變率增加而增加，亦即在試驗中該材料表現出應變率強化現象。與動態壓縮相比，MDYB23動態拉伸的特點是每一溫度試驗中，試樣都發生了明顯的塑性流動。值得注意的是這一塑性流動是應變硬化過程，即試樣在拉伸加載脈沖作用下發生屈服后出現了隨著應變的增加試樣上應力亦隨之增加的塑性流動過程。在中可以看到在試驗溫度為120e時的動態拉伸試驗中，試樣上應力出現了兩個應力峰值，第二個峰值略高于第一個，試樣在第二個應力峰值出現后被拉斷。即表現出了典型的高聚物的應力應變曲線特點，在試樣屈服后的塑性區域出現了應變軟化區和應變硬化區。出現這種現象的原因可能是因為120e的試驗溫度接近或高于材料的定向成型溫度，定向加工對材料性能的增強效果降低或消失，從而使材料表現出了普通高分子聚合物（未做定向加工時）的力學特性。
應變率為時動態拉伸應力應變曲線的本構模型對典型工程塑料所進行的一系列試驗研究得出，在準靜載荷到動態載荷范圍內，典型高聚物的非線性粘彈性本構行為可以由如下非線性粘彈性本構關系來描述第一個積分項描述低應變率下的粘彈性響應，E1和H1分別是所對應的Maxwell單元的彈性常數和松弛時間；而后一個積分項描述高應變率下的粘彈性響應，E2和H2則分別是所對應的Maxwell單元的彈性常數和松弛時間。采用多個Maxwell單元粘彈性模型來得到有機玻璃的本構方程。在應變率為常數的情況下這一本構方程表示為式。其中Ei和Hi為第i個松弛模式的彈簧模量和松弛時間。即在這一方程中用離散松弛譜來代替材料的連續松弛譜。這一本構方程只在低、中應變率下與試驗結果符合得較好該材料的動態壓縮模量在低溫時也趨于一個恒值。但在高溫時卻沒在表現出與靜態相同的現象，這可能是因為在高應變率下材料的玻璃化轉變溫度有所提高，而本試驗中溫度并沒有達到或接近這一溫度，從而沒有觀察到這一現象。值得注意的是，在動態拉伸試驗中出現了在動態壓縮中未觀察到的塑性流動和應變硬化現象。在試驗數據和已有模型的基礎上改進并建立了一個新的本構關系方程，這一方程在很大的應變率范圍內（1@10-42@103PS）與本試驗的結果符合得較好。
