Abstract In the current work, an extensive experimental study is performed, to investigate the influence of both, the applied thermal conditions over a wide range of temperatures and the manufacturing process induced degree of crystallinity on the mechanical response of semi-crystalline polymers. To this end, large-strain tensile experiments with different loading procedures (i.e. monotonic, cyclic, and relaxation tests) are conducted on Polyamide 6 for different loading rates. The experimental data base provides new insights into the complex dependencies of the effective material properties on the aforementioned factors and serves as the foundation for the development of a continuum mechanical constitutive framework. The phenomenological, isothermal model is developed in a reasonably general, thermodynamically consistent manner, to predict the strain rate, temperature and degree of crystallinity dependent large-deformation response of semi-crystalline polymers. A coupled nonlinear visco-elastic, elasto-plastic theory, incorporating nonlinear isotropic and kinematic hardening, is proposed to capture the complex material behavior (e.g. strain recovery and hysteresis loop after cyclic loading-unloading and nonlinear stress relaxation). A staggered characterization method is proposed, to identify a set of material parameters from the experimental data. Finally, validation studies demonstrate the great capabilities of the novel constitutive framework, to accurately predict the significant influence of the temperature and degree of crystallinity on the material response.

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模拟温度和结晶度对聚酰胺 6 机械响应的影响

摘要 在目前的工作中，进行了广泛的实验研究，以研究在很宽的温度范围内施加的热条件和制造过程引起的结晶度对半结晶聚合物机械响应的影响。为此，在聚酰胺 6 上进行了不同加载程序（即单调、循环和松弛测试）的大应变拉伸实验，以获得不同的加载速率。实验数据库为有效材料特性对上述因素的复杂依赖性提供了新的见解，并作为开发连续机械本构框架的基础。现象学等温模型是以一种合理的通用的、热力学一致的方式开发的，预测应变速率、温度和结晶度依赖于半结晶聚合物的大变形响应。提出了一种结合非线性各向同性和运动硬化的耦合非线性粘弹性弹塑性理论来捕捉复杂的材料行为（例如循环加载-卸载和非线性应力松弛后的应变恢复和滞后回线）。提出了一种交错表征方法，以从实验数据中识别一组材料参数。最后，验证研究证明了新型本构框架的强大功能，可以准确预测温度和结晶度对材料响应的显着影响。温度和结晶度依赖于半结晶聚合物的大变形响应。提出了一种结合非线性各向同性和运动硬化的耦合非线性粘弹性弹塑性理论来捕捉复杂的材料行为（例如循环加载-卸载和非线性应力松弛后的应变恢复和滞后回线）。提出了一种交错表征方法，以从实验数据中识别一组材料参数。最后，验证研究证明了新型本构框架的强大功能，可以准确预测温度和结晶度对材料响应的显着影响。温度和结晶度依赖于半结晶聚合物的大变形响应。提出了一种结合非线性各向同性和运动硬化的耦合非线性粘弹性弹塑性理论来捕捉复杂的材料行为（例如循环加载-卸载和非线性应力松弛后的应变恢复和滞后回线）。提出了一种交错表征方法，以从实验数据中识别一组材料参数。最后，验证研究证明了新型本构框架的强大功能，可以准确预测温度和结晶度对材料响应的显着影响。建议捕捉复杂的材料行为（例如，循环加载-卸载和非线性应力松弛后的应变恢复和滞后回线）。提出了一种交错表征方法，以从实验数据中识别一组材料参数。最后，验证研究证明了新型本构框架的强大功能，可以准确预测温度和结晶度对材料响应的显着影响。建议捕捉复杂的材料行为（例如，循环加载-卸载和非线性应力松弛后的应变恢复和滞后回线）。提出了一种交错表征方法，以从实验数据中识别一组材料参数。最后，验证研究证明了新型本构框架的强大功能，可以准确预测温度和结晶度对材料响应的显着影响。