考虑基底和层间约束效应影响的高分子材料刮擦行为研究

The objectives of this research project focus on the constraint effect of substrate material and interfacial combining state on the scratch damage mechanisms of the surface-layer polymeric material in bi-layer materials. Considering the complicate nonlinear mechanical properties and fracture modes of polymeric materials, the experimental investigation and finite element simulation will be performed to study the constraint effect of substrate material and interfacial combining state on the scratch damage mechanisms of the surface-layer polymeric material in bi-layer material. In the finite element simulation, the constitutive model considering the nonlinear mechanical properties of polymeric materials will be adopted. The key point in this project is to investigate the influence form and zone of substrate material and interfacial combining state on the scratch damage mechanisms of surface-layer polymeric material. The effect of loading condition during the scratch process on the scratch damage mechanisms will also be studied. It is reasonable to predicted that the research findings of this project could give us a better understanding on the scratch damage mechanisms of the surface-layer polymeric material in bi-layer material, and lay the theoretical foundation for the improvement of scratch-resistant property of surface-layer polymeric material in bi-layer material.

本项目以系统研究基底材料和层间约束状态等约束效应对双层材料中表层高分子材料刮擦破坏机理的影响为目标。针对高分子材料的复杂力学特性和破坏形式，采用结合刮擦实验和基于考虑高分子材料非线性力学特性本构模型的有限元数值分析的研究手段，开展考虑基底材料和层间约束状态等约束效应影响的双层材料中表层高分子材料刮擦破坏机理的研究。本项目将重点探索基底材料和层间结合状态等约束效应对表层高分子材料刮擦破坏形式和演化规律的影响形式和影响范围，并探讨刮擦加载方式等因素对表层高分子材料刮擦行为的影响。本项目的开展对深入理解双层材料中作为保护层的表层高分子材料的刮擦破坏机理方面有着重要的学术价值，也可为实际工程应用中指导双层材料中表层高分子材料耐刮擦性能的提升奠定基础。

高分子材料通常作为表层材料在双层材料中有着广泛的应用，以保护基底材料不受侵蚀，但其对表面刮擦较为敏感。刮擦会导致高分子材料在美观性、功能性和耐久性等方面受到影响，因而其刮擦失效机理的研究非常重要。双层材料中表层高分子材料的刮擦破坏涉及高分子材料非线性本构关系、局部大变形、表面失效等问题。基底材料和界面粘接的影响使得问题变得更加复杂。..针对双层材料体系中基底材料和层间约束状态等约束效应影响的研究较为缺乏这一不足，本项目系统开展了力学性能实验和刮擦实验，建立了考虑基底材料和层间结合状态等约束效应影响并同时考虑材料非线性力学性能的双层材料中表层高分子材料刮擦分析模型，在本构模型中全面考虑高分子材料复杂的非线性力学性能，结合实验结果和有限元分析，揭示了双层材料中表层高分子材料刮擦过程中的破坏机理和演化规律，并讨论了基底材料和层间结合状态等约束效应的影响。..本项目在高分子材料本构关系、双层材料刮擦破坏分析、高分子材料刮擦温升机理等方面取得了一定的创新性成果。研究工作涉及高分子材料力学性能、本构模型、双层材料刮擦破坏、刮擦温升机理等难题，并积极扩展了刮擦测试方法的研究领域和应用范围，理论上具有重要的学术价值；本项目研究成果对于深入理解双层材料刮擦失效机理，并进一步提出改善其耐刮擦性能的方案具有重要的工程应用价值。