三维机织织物增强形状记忆聚合物复合材料热力学性能

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wjt197703
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纺织织物增强形状记忆聚合物复合材料(woven fabric reinforced shape memory polymer composites, WFRSMPCs)刚度高、强度大,还具有不错的形状记忆性能,因此在航天、航空以及医疗领域等有着广泛的应用。本文针对三维机织结构的WFRSMPCs,逐层递进地对其弹性性能、粘弹性能和形状记忆性能进行研究分析。主要工作如下:  首先建立纤维束的微观单胞模型和三维机织复合材料的细观单胞模型,根据三维机织复合材料的内部结构,推导出其工艺参数(纤维体积分数和经纱倾斜角)的具体表达式,并在多尺度力学模型中引入适用于有限元分析的周期性边界条件。  其次基于均匀化理论,给出了求解具有周期性结构复合材料弹性性能的具体过程。运用有限元方法,模拟不同工艺参数下 WFRSMPCs的弹性模量,并与理论预测结果进行比较,发现理论预测结果和模拟结果的变化趋势完全一致,验证了用有限元方法分析 WFRSMPCs弹性性能的合理性。  接着提出一种七参数广义Maxwell模型来作为WFRSMPCs的粘弹性本构模型,推导出其Prony级数形式的松弛模量,有限元模拟出WFRSMPCs沿纤维增强方向的粘弹性能,并比较了工艺参数对其粘弹性能的影响。  最后有限元模拟了WFRSMPCs完整的形状记忆过程,包括自由形状恢复和自由应力恢复,确定该过程中应力、应变和温度三者之间的关系,并讨论了初始预应变、升温速率和工艺参数对WFRSMPCs形状记忆性能的影响。结果表明:纤维体积分数和经纱倾斜角是影响WFRSMPCs形状记忆性能的主要因素;WFRSMPCs的形状记忆过程有着显著的延迟特性,缓慢地升高温度能促使其在较低温度下完成形状或应力恢复。
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