發(fā)布時(shí)間：2020-07-30 20:21

【摘要】：形狀記憶聚合物(Shape Memory Polymers,SMPs)是一類具有廣闊前景的新型智能材料,其顯著特征是具有形狀記憶性能,即可感知特定的外界激勵(lì),如溫度、光、電、磁場及水分等,并回復(fù)到預(yù)先設(shè)定好的形狀。SMPs具有質(zhì)量輕、可回復(fù)形變大、成本低等優(yōu)點(diǎn),但其力學(xué)性能相對較弱,研究人員向SMP基體中添加顆粒、纖維及織物等,制成形狀記憶聚合物復(fù)合材料(Shape Memory Polymer Composites,SMPCs),從而在保持材料形狀記憶性質(zhì)的前提下,提高其力學(xué)性能。本文主要工作如下:首先,基于熱粘彈性理論,針對SMPs建立了熱-力學(xué)本構(gòu)模型,利用廣義Maxwell模型描述材料的粘彈性行為,利用Neo-Hookean模型描述材料的超彈性性質(zhì),并在有限元分析軟件ABAQUS中模擬SMPs的熱-力學(xué)循環(huán)過程,并研究溫度變化速率對材料回復(fù)的影響。其次,研究了短切纖維增強(qiáng)SMPCs的升溫自由回復(fù)行為。基于標(biāo)準(zhǔn)線性固體模型,利用KWW指數(shù)擴(kuò)展因子修正的Prony級數(shù)形式的模量表達(dá)式,結(jié)合時(shí)溫等效原理,得到形狀回復(fù)率隨升溫時(shí)間的關(guān)系。最后,基于廣義三單元模型,構(gòu)建了顆粒增強(qiáng)SMPCs的熱粘彈性有限變形本構(gòu)模型,研究了該材料的熱-力學(xué)行為及形狀記憶性能。該模型結(jié)合了用于描述結(jié)構(gòu)松弛的Adam-Gibbs模型和用于描述屈服行為的Eyring模型。考察了材料在不同溫度下的單軸拉伸應(yīng)力響應(yīng),模擬了材料的自由回復(fù)應(yīng)變隨溫度的變化關(guān)系,預(yù)報(bào)了在不同升溫速率下,材料的自由回復(fù)行為和約束回復(fù)行為。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB381;TQ317
【圖文】：

圖 1.1 典型的熱-力學(xué)循環(huán)試驗(yàn)示意圖地，不同的熱致 SMPs 分子網(wǎng)絡(luò)的形狀記憶、儲存與激發(fā)機(jī)理也不同。由結(jié)晶相真實(shí)存在，觸發(fā)形狀記憶效應(yīng)的內(nèi)在機(jī)理是熔融轉(zhuǎn)變 (MeltingTranss 的形狀效應(yīng)則是由玻璃化轉(zhuǎn) (Glass Transition) 變觸發(fā)的。應(yīng)用前景較好，研究較廣的熱致 SMPs 如形狀記憶聚苯乙烯、形狀記憶聚憶環(huán)氧等，在室溫下都表現(xiàn)為硬質(zhì)塑料，當(dāng)材料的溫度上升到玻璃化轉(zhuǎn)變。從宏觀上看，由于室溫低于材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，材料整體處于玻璃著溫度的升高，材料經(jīng)過玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)，進(jìn)入橡膠態(tài) (RubberyState)，在這力松弛模量一般下降約三個(gè)數(shù)量級，而蠕變?nèi)崃縿t增加約三個(gè)數(shù)量級。合物分子層面來說，可以把單向記憶型熱致雙重形狀記憶聚合物的分子網(wǎng)結(jié)構(gòu)初始構(gòu)型的固定相 (Fixed Phase) 和隨外界環(huán)境而改變構(gòu)型的可逆相部分組成。固定相主要是聚合物的交聯(lián)結(jié)構(gòu)、超高分子鏈的纏結(jié)結(jié)構(gòu)等，化，其主要作用是在熱-力學(xué)循環(huán)中記憶和恢復(fù)材料的初始永久形態(tài)；可逆，能隨外界激勵(lì)發(fā)生玻璃態(tài)和橡膠態(tài)轉(zhuǎn)變，從而改變自身形態(tài)，其主要作

鏈所固定、記憶并儲存；再次升溫，分子鏈活動性被激活，分子鏈料狀態(tài)趨于平衡，儲存的形變被釋放，從而實(shí)現(xiàn)材料形狀的回復(fù)[17狀記憶聚合物的實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀聚合物具有優(yōu)良的性質(zhì)及廣闊的工程應(yīng)用前景，因此研究該材料的不同環(huán)境中的力學(xué)行為，就顯得非常必要。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對大量的實(shí)驗(yàn)研究。繪了形狀記憶聚合物在預(yù)拉伸應(yīng)變條件下的熱-力學(xué)循環(huán)中應(yīng)力-應(yīng)可以看到在高溫變形階段(A→B)，材料表現(xiàn)出明顯的粘彈性性能，-應(yīng)變曲線呈線性變化；在約束降溫階段(B→C)，環(huán)境溫度降低，材應(yīng)變在外界逐漸增大的應(yīng)力控制下保持恒定；在低溫下載階段(C→彈性，瞬時(shí)移除外界約束，應(yīng)力為零，材料應(yīng)變回彈了一小部分，物固定、記憶并儲存；在升溫回復(fù)階段，對于自由回復(fù)(D→A)而言，材料的應(yīng)變逐漸回復(fù)至初始狀態(tài)，對于約束回復(fù)(D→E)而言，應(yīng)一穩(wěn)定值。

形狀記憶復(fù)合聚合物的回復(fù)行為研究型的優(yōu)點(diǎn)在于簡單易用，且能較好地符合實(shí)在結(jié)晶相，物理意義不明確。開發(fā)可追溯至上世紀(jì)九十年代，Tobushi 等脹的影響，將描述材料形狀記憶過程中凍結(jié)模型中，構(gòu)建的一維線性熱粘彈性本構(gòu)模行修正，使之成為一個(gè)能描述形狀記憶聚氨。

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本文編號：2776032