基于粘彈性理論的樹脂及其纖維復合材料的形狀記憶數(shù)值模擬.pdf

1、形狀記憶高分子(SMPs)在適當?shù)拇碳は拢ū热鐭?、光、電、磁場、PH、特殊的離子或酶）可以快速地從一個形狀變?yōu)榕R時態(tài)或穩(wěn)態(tài)形狀。由于其刺激方式多、生物相容性及降解能力強、形狀恢復能力強、低密度、易加工成制品、易改變其性能、回復行為的可設計及可控性強、低成本等優(yōu)點，形狀記憶高分子及其復合材料被用于不同的領域。比如利用形狀記憶過程實現(xiàn)其功能的飛機變形機翼（高溫變形）、牙齒矯正絲（約束降溫）、驅動器、自展開結構、自我修復結構（恢復形變）;利用

2、SMPs表面褶皺和花紋實現(xiàn)其功能的泳衣和增透膜;利用SMPs復合材料制作的紡織品。
　　 過去三十年里，學術界和工業(yè)界都對SMPs材料產生了濃厚的興趣。在大量實驗研究的同時，也存在不少關于SMPs及其復合材料理論模型的研究。由于SMPs的形狀記憶機理比較復雜，形狀記憶過程牽涉到的物理場不僅包括結構變形（位移場），還包括溫度場。其中結構變形是與樹脂粘彈性息息相關的，從而造成整個求解計算的復雜性。由于對于SMPs復合材料的形狀記憶過

3、程的建模分析還處于初期階段。所以，目前對SMPs及其復合材料的形狀記憶性能的研究力度仍需加深。特別是應用于航空航天變形機翼蒙皮的連續(xù)纖維增強樹脂基復合材料的研究，目前少有理論研究的發(fā)表文獻。因此，在國家973計劃項目的資助下，建立純樹脂、連續(xù)纖維增強樹脂基復合材料的形狀記憶數(shù)值分析模型具有重要的理論意義。
　　 本文以形狀記憶樹脂、連續(xù)纖維增強樹脂基復合材料為研究對象，應用高聚物結構與性能理論、粘彈性理論、復合材料熱-彈性理論、

4、復合材料本構理論、數(shù)值傳熱學和有限元模擬方法等學科知識，開展形狀記憶性能及其影響因素的研究。在此基礎上分析形狀記憶機理，數(shù)值模擬形狀記憶的演變過程，然后分析各種材料參數(shù)和工藝參數(shù)對形狀記憶過程的影響方式和影響規(guī)律。SMPs形狀記憶模擬是一個幾何非線性、材料非線性、邊界非線性綜合的問題。
　　 主要結論和工作內容如下:
　　 基于粘彈性理論，采用線形粘彈性Maxwell-Weichert模型模擬純樹脂的形狀記憶熱循環(huán)及其回

5、復力。模擬結果表明:Maxwell-Weichert模型可以用于描述形狀記憶高分子材料的松弛曲線，且模擬結果與實驗結果的對比驗證了程序的正確性;Maxwell-Weichert模型可以用于描述粘彈性材料的蠕變行為;Maxwell-Weichert模型可以用于描述自由回復和約束回復情況下的形狀記憶過程。本文還對形狀記憶過程及回復力的影響因素進行了模擬和探討。
　　 基于粘彈性理論和復合材料細觀力學，采用Maxwell-Weiche