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随着发泡工艺在塑料制品中的发展应用,很多塑料托盘企业已经开始采用结构发泡注塑工艺加工生产塑料托盘,以改善托盘性能。塑料托盘在实际使用中需要持续承载,且承载的载荷较大,常会发生过大的蠕变变形及撕裂破坏。因此需要对托盘所用材料的力学性能进行分析研究,以便满足托盘设计及研发的需求。为此本课题对高密度聚乙烯结构发泡材料进行进一步研究。主要工作包括:
1、考虑高密度聚乙烯结构发泡材料的结构特点及现场条件的影响,构建了对其进行力学性能测试的试验方案。注塑工艺会造成塑料托盘不同部位泡孔大小与分布不均匀,从而导致托盘不同部位的力学性能不同。标准试样仅考虑发泡部分的力学性能,需要去除模塑表皮,但此部分同发泡部位共同承担托盘所受的载荷。实验室进行材料测试的设备一般尺寸较大,不适合在现场的使用。基于以上两点影响因素,本论文试验考虑硬皮结构的影响,不能采用标准试样,而是从托盘的不同部位用锯切割的方法直接获取试样在企业现场进行试验,同时研究了托盘长时间承受载荷及所处的环境昼夜温差较大对试验的影响。
2、对高密度聚乙烯结构发泡注塑材料进行了单轴拉伸试验、拉伸蠕变及弯曲蠕变试验,得到了该材料的应力-应变曲线、拉伸破坏状态、应变-时间曲线、劲度模量曲线、蠕变柔量曲线及常温下的蠕变速率。试验结果表明:该材料在不同的加载速率下的弹性模量基本不变,但屈服强度随加载速率的增加而显著增大;室温拉伸载荷下呈现明显的脆性变形特征。在不同的应变下,其拉伸应变率敏感度λ值较大,且变化显著。因昼夜温差相差较大,蠕变应变随时间的变化出现波动,白天蠕变应变变化较大,夜间变化较小。其弯曲蠕变行为在试验所处的应力水平下是非线性的,非线性随所施加的应力水平的增加而逐渐增强。
3、进一步分析弯曲蠕变试验数据,得到了高密度聚乙烯结构发泡注塑材料的本构方程。
4、考虑损伤对材料性能的影响,提出了基于Burgers模型的非线性蠕变损伤模型,并进行参数拟合。构建了弯曲蠕变有限元模型,并进行仿真模拟,研究表明该材料的有限元模型模拟结果同试验结果较为吻合,这可为托盘产品的设计和研发提供指导。