通過構建一個熱耦合的多軸可壓縮應變能函數(shù),得到應力-應變、應力-溫度和應變-溫度之間的函數(shù)關系,建立形狀記憶聚合物的本構方程.論文引入三個基于對數(shù)應變的不變量使得模型（i）可以模擬可壓縮情況;（ii）適用于單軸拉伸和等雙軸拉伸至少兩個基準實驗;（iii）多軸有效.通過顯式方法（i）給出自由能和熵的具體表達,證明模型熱力學定律;（ii）給出應變-應力,溫度-應力以及,溫度-應變的形函數(shù)具體表達.多軸模型在特定的情況下可以自動退化到各自的單軸情況.通過調節(jié)形函數(shù)的參數(shù),最終得到的模型結果和實驗結果能夠精確匹配.新方法建立的本構模型得到的結果能更加準確地指導形狀記憶聚合物的工程設計. 

【文章來源】：固體力學學報. 2020,41(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：13 頁

【部分圖文】：

χ隨著應變率變化的關系示意圖

如圖2所示,首先保持高溫(T=Th,Th>Tg)條件下對樣品進行單軸拉伸,材料和普通高分子材料一樣發(fā)生變形.當應變達到一個最大值h1以后停止,從圖中反映就是狀態(tài)A到狀態(tài)B,(Ⅰ)表示的是形變過程;然后,保持應變不變,溫度從Th降低到Tl(Tl<Tg),應力逐漸變大,圖中表示的是從B到C,(Ⅱ)表示冷卻過程;接下來,保持溫度在低溫狀態(tài)(T=Tl),應力開始卸載至0,變形部分恢復(應變從h1減小到h2),圖中從C到D,(Ⅲ)表示卸載過程;最后,將溫度升高值T=Th,變形逐漸恢復至0,圖中從D到A,(Ⅳ)表示升溫過程.除此之外,Tobushi等[22]還做了應力恢復實驗.前面三個過程((Ⅰ)、(Ⅱ)和(Ⅲ))和熱力學循環(huán)實驗一致.如圖3所示,當?shù)竭_D后,保持溫度不變的情況下,無載荷靜置十分鐘,變形會部分恢復(對數(shù)應變從h2減小到h3),到達E,(Ⅳ)表示變形恢復過程;之后保持應變(h=h3)不變,逐漸升溫,應力先減小后變大,從E到F的過程(Ⅴ)表示升溫;最后從F到G表示溫度不變(T=Th)的情況下卸載,變形逐漸恢復,但是無法恢復到初始大小,過程(Ⅵ)表示卸載過程.

除此之外,Tobushi等[22]還做了應力恢復實驗.前面三個過程((Ⅰ)、(Ⅱ)和(Ⅲ))和熱力學循環(huán)實驗一致.如圖3所示,當?shù)竭_D后,保持溫度不變的情況下,無載荷靜置十分鐘,變形會部分恢復(對數(shù)應變從h2減小到h3),到達E,(Ⅳ)表示變形恢復過程;之后保持應變(h=h3)不變,逐漸升溫,應力先減小后變大,從E到F的過程(Ⅴ)表示升溫;最后從F到G表示溫度不變(T=Th)的情況下卸載,變形逐漸恢復,但是無法恢復到初始大小,過程(Ⅵ)表示卸載過程.3.1 熱力學循環(huán)實驗形函數(shù)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]聚合物彈性體材料應力-應變關系的理論研究[J]. 丁芳,張歡,丁明明,石彤非,李云琦,安立佳.  高分子學報. 2019(12)
[2]類橡膠材料變形直到破壞的顯式本構模型[J]. 王曉明,鄭東,吳榮興,王海林,黃麗莉,肖衡.  力學季刊. 2019(02)
[3]玻璃化轉變溫度可區(qū)域數(shù)字化調控的形狀記憶聚合物[J]. 陳冠聰,方子正,候宇坤,童張法,趙騫.  高分子學報. 2019(03)
[4]顯式模擬類橡膠材料Mullins效應滯回圈[J]. 王曉明,吳榮興,肖衡.  力學學報. 2019(02)
[5]熱適性形狀記憶聚合物[J]. 鄭寧,謝濤.  高分子學報. 2017(11)
[6]形狀記憶聚合物力學行為及其物理機制[J]. 呂海寶,冷勁松,杜善義.  固體力學學報. 2017(01)
[7]納米復合形狀記憶聚合物[J]. 顧書英,劉玲玲,高偰峰.  高分子通報. 2014(09)
[8]形狀記憶聚合物的宏觀力學本構模型[J]. 周博,劉彥菊,冷勁松.  中國科學:物理學 力學 天文學. 2010(07)
[9]形狀記憶聚合物復合材料及其在空間可展開結構中的應用[J]. 冷勁松,蘭鑫,劉彥菊,杜善義.  宇航學報. 2010(04)
[10]形狀記憶聚合物熱力學本構模型研究進展[J]. 李鄭發(fā),王正道.  高分子材料科學與工程. 2009(05)



本文編號：3389240