形狀記憶聚合物熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究及其復(fù)合材料屈曲變形機(jī)理分析.pdf

1、作為一類新型形狀記憶材料，形狀記憶聚合物（SMP）較傳統(tǒng)形狀記憶合金和形狀記憶陶瓷具有眾多優(yōu)點(diǎn)，如低密度、高形狀凍結(jié)率、易制備、形狀溫度可調(diào)等，而且有的SMP還具有生物可降解特性。因此，其在生物、醫(yī)療、微電子、航空航天領(lǐng)域均具有廣闊的應(yīng)用前景。 SMP主要是通過熱刺激實(shí)現(xiàn)形狀記憶和回復(fù)功能的，了解其熱力學(xué)性能是促進(jìn)這類功能材料工程應(yīng)用的關(guān)鍵。但目前關(guān)于SMP熱力學(xué)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究還很不系統(tǒng)，尤其是很少考慮粘彈特性對其形狀記憶和回

2、復(fù)過程的影響。 此外，已有實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，利用SMP代替?zhèn)鹘y(tǒng)聚合物基體制成的形狀記憶聚合物復(fù)合材料，除具有高極限應(yīng)變、高比剛度和低密度等優(yōu)點(diǎn)，還可以實(shí)現(xiàn)較大折疊變形率，在空間展開領(lǐng)域極具應(yīng)用潛力，而其基本變形機(jī)理是纖維在軟基體中受壓發(fā)生微屈曲變形，但這方面相關(guān)理論研究目前還很缺乏。 本文主要針對形狀記憶聚合物熱力學(xué)性質(zhì)及其復(fù)合層合板折疊變形機(jī)理，開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究和理論分析。具體包括如下： 1、在實(shí)驗(yàn)方面，針對形狀記

3、憶聚合物材料開展較為系統(tǒng)的熱力學(xué)性質(zhì)研究。主要包括：材料熱膨脹系數(shù)測定，不同預(yù)應(yīng)變下材料的凍結(jié)和恢復(fù)響應(yīng)，不同溫度下材料的應(yīng)力～應(yīng)變循環(huán)關(guān)系和應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合材料微結(jié)構(gòu)隨溫度的變化，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。 2、在理論方面，基于最小變形能原理，對形狀記憶層合板折疊變形機(jī)理進(jìn)行了理論研究。首先，建立了一個(gè)二維純剪切的微屈曲模型；在此基礎(chǔ)上，考慮層合板彎曲過程中不同層名義應(yīng)變不同，導(dǎo)致其屈曲實(shí)際是一拉/剪混合模式，又建立