形狀記憶聚合物材料熱機(jī)械性質(zhì)研究.pdf

1、形狀記憶聚合物(Shape Memory Polymer,SMP)作為新型智能材料，具有重量輕、記憶效應(yīng)突出以及易成形等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用遍及紡織工業(yè)、生物化學(xué)以及航空航天等領(lǐng)域，最近幾年頗受學(xué)術(shù)界關(guān)注。本文基于粘彈性理論并應(yīng)用分?jǐn)?shù)階微積分理論構(gòu)建新型本構(gòu)模型來(lái)表征形狀記憶聚合物力學(xué)響應(yīng)，同時(shí)采用有限元分析手段研究SMP形狀記憶熱機(jī)械響應(yīng)。主要內(nèi)容如下：
　　首先，應(yīng)用分?jǐn)?shù)階微積分理論構(gòu)建分?jǐn)?shù)階Poynting-Thomson模型來(lái)研究形

2、狀記憶聚合物的粘彈性響應(yīng)，給出表征SMP力學(xué)行為的本構(gòu)關(guān)系式。利用形狀記憶聚氨酯試驗(yàn)結(jié)果通過(guò)非線(xiàn)性擬合確定模型參數(shù)，并與傳統(tǒng)整數(shù)階本構(gòu)模型比較。結(jié)果表明，分?jǐn)?shù)階Poynting-Thomson模型在描述SMP應(yīng)力松弛和蠕變響應(yīng)時(shí)具有明顯優(yōu)勢(shì)，而在描述SMP常應(yīng)變速率拉伸響應(yīng)時(shí)，其結(jié)果近似于傳統(tǒng)模型。然后構(gòu)建了分?jǐn)?shù)階Zener模型，并對(duì)形狀記憶環(huán)氧樹(shù)脂的自由恢復(fù)響應(yīng)進(jìn)行了預(yù)報(bào)。結(jié)果顯示分?jǐn)?shù)階Zener模型能充分表征SMP的自由恢復(fù)響應(yīng)。同

3、時(shí)應(yīng)用分?jǐn)?shù)階Zener模型研究了不同記憶因子、不同升溫速率以及最高恢復(fù)溫度下的自由恢復(fù)響應(yīng)。總體而言，參數(shù)較少的分?jǐn)?shù)階模型能更準(zhǔn)確地描述SMP粘彈性響應(yīng)。
　　其次，利用有限元軟件ABAQUS模擬分析形狀記憶聚合物的形狀記憶過(guò)程，研究了整個(gè)熱機(jī)械過(guò)程中應(yīng)力、應(yīng)變與溫度三者之間的變化關(guān)系，并針對(duì)應(yīng)力恢復(fù)響應(yīng)過(guò)程中應(yīng)力出現(xiàn)先下降后回升的現(xiàn)象進(jìn)行了理論分析。最后討論了溫度、熱膨脹系數(shù)、降溫速率以及升溫速率對(duì)形狀記憶聚合物熱機(jī)械響應(yīng)的影響