本發(fā)明涉及一種聚碳酸酯復(fù)合材料沖擊行為影響的分析方法，特別涉及一種注塑成型工藝對薄壁大曲率聚碳酸酯塑件沖擊行為影響的分析方法。

背景技術(shù)：

熱塑性聚合物聚碳酸酯(Polycarbonate，簡稱PC)的透明性、高延展性、耐沖擊性等優(yōu)異性能，使其成為航空航天領(lǐng)域不可替代的新型結(jié)構(gòu)材料之一，廣泛應(yīng)用于航空、航天不同構(gòu)型的聚碳酸酯部件及宇航員的防護(hù)用品等。PC的耐沖擊性，對于測量懸臂梁沖擊試驗，是熱塑性材料中最好的。因此，使其適用于沖擊應(yīng)用包括飛機(jī)座艙罩、防護(hù)面罩、護(hù)目鏡、擋風(fēng)玻璃、車窗等。注塑成型是用于制造熱塑性聚合物產(chǎn)品最廣泛使用的方法。在整個過程中，熔融的聚合物被注入模腔中，之后在高填充壓力下冷卻，注塑成型聚合物機(jī)械性能的影響因素通常為加工過程的熱歷史。

文獻(xiàn)“Processing-induced properties in glassy polymers:development of the yield stress in PC[J].International Polymer Processing,2005,20(2):170-177”公開了一種聚碳酸酯復(fù)合材料沖擊行為影響的分析方法。該方法直接預(yù)測高聚物在注塑成型過程中屈服應(yīng)力的分布，該方法是基于退火過程中PC材料處于玻璃態(tài)溫度以下溫度與屈服應(yīng)力的演變關(guān)系，經(jīng)過注塑成型過程的數(shù)值模擬，可以估計屈服應(yīng)力在一個產(chǎn)品中的分布，證明了從熔體到固化時的熱歷史影響了成型后PC產(chǎn)品的屈服應(yīng)力，但是，在整個過程中，只說明了成型工藝條件對成型后薄壁大曲率聚碳酸酯塑件屈服應(yīng)力的影響，沒有此種成型工藝條件對薄壁大曲率聚碳酸酯塑件沖擊行為的影響研究分析。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有聚碳酸酯復(fù)合材料沖擊行為影響的分析方法實用性差的不足，本發(fā)明提供一種注塑成型工藝對薄壁大曲率聚碳酸酯塑件沖擊行為影響的分析方法。該方法對退火樣件進(jìn)行拉伸實驗，測得不同退火溫度下樣件的屈服應(yīng)力隨著退火時間的變化曲線，構(gòu)造一條屈服應(yīng)力主曲線，計算主曲線轉(zhuǎn)換因子。根據(jù)屈服應(yīng)力-退火時間主曲線建立成型熱歷史與屈服應(yīng)力的關(guān)系計算屈服應(yīng)力。建立薄壁大曲率塑件有限元模型，然后對有限元模型施加相應(yīng)的載荷邊界條件，對模型內(nèi)的所有單元應(yīng)用失效準(zhǔn)則進(jìn)行判斷，得出薄壁大曲率塑件在不同熱歷史情況下的沖擊行為。由于建立了一條屈服應(yīng)力主曲線，構(gòu)造出了在退火過程中屈服應(yīng)力的對數(shù)演化方程，從加工條件的角度出發(fā)，整個注塑成型過程中簡潔明了地計算出屈服應(yīng)力，分析了PC產(chǎn)品的沖擊行為，優(yōu)化得到最適合使用的薄壁大曲率聚碳酸酯塑件；從建模到計算的整個過程簡潔高效，實用性強(qiáng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案：一種注塑成型工藝對薄壁大曲率聚碳酸酯塑件沖擊行為影響的分析方法，其特點是包括以下步驟：

步驟一、對退火樣件進(jìn)行拉伸實驗，測得不同退火溫度下樣件的屈服應(yīng)力隨著退火時間的變化曲線，構(gòu)造一條屈服應(yīng)力主曲線，用公式

計算主曲線轉(zhuǎn)換因子。

式中，ΔU_a為實驗參數(shù)，205kj/mol；R為通用氣體常數(shù)；T為任意退火過程的熱歷史；T_ref為參考溫度。

步驟二、根據(jù)主曲線轉(zhuǎn)換因子，用公式

計算注塑成型冷卻過程中每一個模具溫度下塑件的累積等效時間。

步驟三、注塑成型從玻璃態(tài)溫度T_g冷卻至模具溫度直至成型結(jié)束的這一過程看做等效退火過程，用下式約束冷卻過程中的PC材料：

T＞T_g：

T≤T_g：

式中，T_g為PC的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度；T_c(t)為注射過程中材料的熱歷史。

步驟四、根據(jù)屈服應(yīng)力-退火時間主曲線建立成型熱歷史與屈服應(yīng)力的關(guān)系，用公式

σ_y＝σ_y，0+c·log(t_eff+t_a) (5)

計算屈服應(yīng)力。

式中，σ_y，0，c，t_a為試驗擬合參數(shù)；t_eff為等效時間。

步驟五、建立薄壁大曲率塑件有限元模型，然后對有限元模型施加相應(yīng)的載荷邊界條件，對模型內(nèi)的所有單元應(yīng)用失效準(zhǔn)則進(jìn)行判斷，如果某單元的應(yīng)變超過規(guī)定的某一個固定值ε，則認(rèn)為該單元已經(jīng)損傷失效。全部單元分析判斷完畢后，則沖擊分析結(jié)束。最終得出薄壁大曲率塑件在不同熱歷史情況下的沖擊行為。

本發(fā)明的有益效果是：該方法對退火樣件進(jìn)行拉伸實驗，測得不同退火溫度下樣件的屈服應(yīng)力隨著退火時間的變化曲線，構(gòu)造一條屈服應(yīng)力主曲線，計算主曲線轉(zhuǎn)換因子。根據(jù)屈服應(yīng)力-退火時間主曲線建立成型熱歷史與屈服應(yīng)力的關(guān)系計算屈服應(yīng)力。建立薄壁大曲率塑件有限元模型，然后對有限元模型施加相應(yīng)的載荷邊界條件，對模型內(nèi)的所有單元應(yīng)用失效準(zhǔn)則進(jìn)行判斷，得出薄壁大曲率塑件在不同熱歷史情況下的沖擊行為。由于建立了一條屈服應(yīng)力主曲線，構(gòu)造出了在退火過程中屈服應(yīng)力的對數(shù)演化方程，從加工條件的角度出發(fā)，整個注塑成型過程中簡潔明了地計算出屈服應(yīng)力，分析了PC產(chǎn)品的沖擊行為，優(yōu)化得到最適合使用的薄壁大曲率聚碳酸酯塑件；從建模到計算的整個過程簡潔高效，實用性強(qiáng)。

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法中不同模具溫度下PC材料塑件的熱歷史曲線。

圖2是本發(fā)明方法中隨著模具溫度升高，實驗結(jié)果與模擬結(jié)果對比的屈服應(yīng)力結(jié)果圖。

圖3是本發(fā)明方法中在不同模具溫度下，沖擊落錘在沖擊過程中的動能變化曲線。

具體實施方式

參照圖1-3。本發(fā)明注塑成型工藝對薄壁大曲率聚碳酸酯塑件沖擊行為影響的分析方法具體步驟如下：

下面針對模具溫度為40℃、60℃、80℃、120℃、130℃的薄壁PC材料塑件，計算不同模具溫度下薄壁PC材料的屈服應(yīng)力并將此屈服應(yīng)力施加在薄壁模型上進(jìn)行沖擊分析，并將所得到的結(jié)果與真實試驗結(jié)果進(jìn)行對比驗證。

步驟1：通過模具溫度為40℃、60℃、80℃、120℃、130℃的薄壁PC材料的注塑過程仿真模擬，得出不同模具溫度的熱歷史。

步驟2：根據(jù)熱歷史數(shù)據(jù)，用公式

計算屈服應(yīng)力-退火時間主曲線轉(zhuǎn)換因子。式中，ΔU_a為實驗參數(shù)，205kj/mol；R為通用氣體常數(shù)；T為任意退火過程的熱歷史；T_ref為參考溫度。

步驟3：根據(jù)主曲線轉(zhuǎn)換因子，用公式

計算注塑成型冷卻過程中每一個模具溫度下塑件的累積等效時間。

步驟4：注塑成型從玻璃態(tài)溫度T_g冷卻至模具溫度直至成型結(jié)束的這一過程看做等效退火過程，用下式約束冷卻過程中的PC材料：

T＞T_g：

T≤T_g：

式中，T_g為PC的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度；T_c(t)為注射過程中材料的熱歷史。

步驟5：假設(shè)在整個注塑成型過程中，屈服應(yīng)力的物理演化過程與退火過程中屈服應(yīng)力的演化過程是相同的，研究中進(jìn)行了一系列的實驗探討在退火過程中屈服應(yīng)力的演化，用下式

σ_y(t)＝σ_y，0+c·log(t_eff+t_a) (5)

計算薄壁大曲率聚碳酸酯塑件的屈服應(yīng)力。式中，σ_y，0，c，t_a為試驗擬合參數(shù)。

步驟6：將屈服應(yīng)力的材料屬性附加給薄壁大曲率聚碳酸酯塑件模型并對模型內(nèi)的所有單元應(yīng)用最大應(yīng)變強(qiáng)度準(zhǔn)則依次判斷，如果某單元的應(yīng)變超過規(guī)定的某一個固定值ε，則認(rèn)為該單元已經(jīng)損傷失效。全部單元分析判斷完畢后，則沖擊分析結(jié)束。此方法能夠分析薄壁大曲率塑件在不同熱歷史情況下的沖擊行為。圖3是在不同模具溫度下，沖擊落錘在沖擊過程中的動能變化。與實驗結(jié)果趨勢相同，可以看出采用本發(fā)明檢測得到的結(jié)果與實驗測量結(jié)果吻合較好。