【摘 要】
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功能梯度材料（Functionally Graded material,简称FGM）与形状记忆材料（Shape Memory Material,简称SMM）等作为智能材料,都是材料领域新兴的热点课题。其在工程、航天航空等领域都有广泛的应用。本文提出了一种新型智能材料,即功能梯度形状记忆聚合物复合材料（Functional Graded Shape Memory Polymer Composites
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（11502284）； 中国科学院重点部署项目（KFZD-SW-435）； 中央高校科研基金（no.3122020077）；
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功能梯度材料（Functionally Graded material,简称FGM）与形状记忆材料（Shape Memory Material,简称SMM）等作为智能材料,都是材料领域新兴的热点课题。其在工程、航天航空等领域都有广泛的应用。本文提出了一种新型智能材料,即功能梯度形状记忆聚合物复合材料（Functional Graded Shape Memory Polymer Composites,简写:FG-SMPC）,该材料的特点为SMP基体和增强相在空间位置上呈现组分逐渐变化。研究的主要内容如下:本文以随机短切碳纤维作为增强相,给出了增强相体积分数随材料厚度层位置的变化函数Vf（z）,通过设置梯度变化因子P值、碳纤维含量上限Vfmax等值来灵活设计FG-SMPC材料。通过Halpin-Tsai复合材料公式以及弹性力学相关理论,依次给出了FG-SMPC材料结构模型在单轴拉伸、纯弯曲作用下、线性载荷等不同条件下的力学模型。通过数值分析,推导了FG-SMPC材料的弹性模量、热膨胀系数等参数随厚度层位置变化的表达式。得到了FG-SMPC材料在单轴拉伸、纯弯曲下的形状记忆各阶段过程中的应力应变分布情况,并且讨论了有关变量对FG-SMPC材料在各条件下力学性能的相关影响。此外,为了进一步说明FG-SMPC材料的潜力,本文将FG-SMPC材料应用于可变形机翼蒙皮材料领域进行了探索,编写了随机短纤维生成程序,对基于FG-SMPC材料变形蒙皮结构进行了建模以及静力状态下的变形分析。将其与SMP、SMPC材料的变形蒙皮进行了对比。讨论了预应变类型、碳纤维含量上限Vfmax、温度T等对其应力、形状记忆行为的影响。
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