文档介绍：中图分类号:TB381 论文编号:1028701 13-S059
学科分类号: 080104
硕士学位论文
形状记忆聚合物材料热力学
性质研究
研究生姓名陈贝贝
学科、专业工程力学
研究方向智能材料力学
指导教师孙慧玉教授
南京航空航天大学
研究生院航空宇航学院
二О一二年十二月
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
The Graduate School
College of Aerospace Engineering
A Study on the Thermomechanical
Properties of Shape Memory Polymers
A Thesis in
Engineering Mechanics
by
Chen Beibei
Advised by
Prof. Sun Huiyu
Submitted in Partial Fulfillment
of the Requirements
for the Degree of
Master of Engineering
December, 2012
承诺书
本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下
进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注
和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的
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本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或
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(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)
作者签名:
日期:
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
形状记忆聚合物及其复合材料是一种新型的智能材料,与其他记忆材料相比,具有形变恢
复大、密度小以及生产成本低等优势,近年来成为人们研究的热点。本文主要采用数值模拟方
法,分析形状记忆聚合物及其复合材料的力学性能,所做的主要工作如下:
首先,基于粘弹性理论,通过在有限元软件中植入形状记忆聚合物的本构模型,模拟形状
记忆的基本过程,并分析形状记忆聚合物的恢复性能。其次,还对形状记忆聚合物的降温过程
进行了理论分析,研究了响应应力的构成,发现材料响应应力随着温度的降低呈现出先降低后
增加的现象。随后还研究了降温过程中不同冷却速率对应力谷值和整个应力水平的影响,表明
了应力的率相关性。
最后,在模拟形状记忆聚合物力学性能的基础上,加入颗粒增强相,研究颗粒含量对材料
变形恢复性能的影响。随着颗粒体积含量的增加,颗粒增强形状记忆聚合物基复合材料的变形
恢复比增加,固定应变减少。而且还研究了颗粒体积含量对整个材料玻璃化温度的影响,随着
颗粒体积含量的增大,玻璃化转变温度增加。此外,还研究了冷却速率对颗粒增强形状记忆聚
合物基复合材料的应力以及形变恢复的影响。
关键词:形状记忆聚合物,有限元模拟,复合材料,冷却速率,变形恢复比
本文的研究于机械结构力学及控制国家重点实验室完成并得到了国家自然科学基金项目(编号:
10972101)支持
i
形状记忆聚合物材料热力学性质研究
ABSTRACT
Shape memory polymers and posites are a new type of smart materials, which offer a
number of potential technical pared with other shape memory materials, including
high recoverable strain, low density and low cost and so on, and their excellent performance is a hot
topic of research recently. In this paper, based on the numerical simulation method, the
thermo-mechanical properties of shape memory polymers and posites are studied.