形狀記憶聚合物材料熱機械性質研究.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、記憶效應突出以及易成形等優(yōu)點，應用遍及紡織工業(yè)、生物化學以及航空航天等領域，最近幾年頗受學術界關注。本文基于粘彈性理論并應用分數(shù)階微積分理論構建新型本構模型來表征形狀記憶聚合物力學響應，同時采用有限元分析手段研究SMP形狀記憶熱機械響應。主要內容如下：
　　首先，應用分數(shù)階微積分理論構建分數(shù)階Poynting-Thomson模型來研究形

2、狀記憶聚合物的粘彈性響應，給出表征SMP力學行為的本構關系式。利用形狀記憶聚氨酯試驗結果通過非線性擬合確定模型參數(shù)，并與傳統(tǒng)整數(shù)階本構模型比較。結果表明，分數(shù)階Poynting-Thomson模型在描述SMP應力松弛和蠕變響應時具有明顯優(yōu)勢，而在描述SMP常應變速率拉伸響應時，其結果近似于傳統(tǒng)模型。然后構建了分數(shù)階Zener模型，并對形狀記憶環(huán)氧樹脂的自由恢復響應進行了預報。結果顯示分數(shù)階Zener模型能充分表征SMP的自由恢復響應。同

3、時應用分數(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溫度下的自由恢復響應?？傮w而言，參數(shù)較少的分數(shù)階模型能更準確地描述SMP粘彈性響應。
　　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程，研究了整個熱機械過程中應力、應變與溫度三者之間的變化關系，并針對應力恢復響應過程中應力出現(xiàn)先下降后回升的現(xiàn)象進行了理論分析。最后討論了溫度、熱膨脹系數(shù)、降溫速率以及升溫速率對形狀記憶聚合物熱機械響應的影響