随着形状记忆聚合物及其复合材料这类新型智能材料在变形飞行器、宇宙飞船中的自展开结构以及智能医用设备等领域受到人们越来越多的重视与应用后,如何建立能描述和预报其形状记忆效应本构模型的研究工作就显得非常重要。形状记忆聚合物及其复合材料预期功能的实现主要借助于诸如温度、电、磁、光、溶液等激励方式引发的形状记忆效应实现。由于温度激励方式便于实现,使得热致形状记忆聚合物及其复合材料广受关注。目前对形状记忆聚合物及其复合材料的研究主要集中在材料开发与工程应用层面,而对其本构模型的研究则相对落后。实际上,合理本构模型的建立对准确理解和掌握形状记忆聚合物及其复合材料的形状记忆机理有至关重要的作用。本文针对热致非晶态形状记忆聚合物及其复合材料分别利用相变和热粘弹性的方法建立其本构模型,主要内容包括:1.针对热致非晶态形状记忆聚合物中的一类材料——形状记忆聚氨酯,建立了一种基于相变的唯象学本构模型。在热激励条件下,发生有限预变形的形状记忆聚氨酯的形状记忆效应是由分子构形中软硬段的共同作用实现的。利用高分子仿射模型模拟软段相的力学行为,考虑到硬段相在拉伸后的结构改变,利用一种新的四单元回复模型来描述硬段相的回复行为。此外,由于形状记忆聚氨酯是温度敏感材料,也研究了温度对材料粘性参数的影响。2.针对热致非晶态形状记忆聚合物开发了一种含有结构与应力松弛且适用于有限变形的热粘弹塑性本构模型。利用非线性Adam-Gibbs模型描述了结构松弛,提出了一种能适用于描述玻璃化转变区间粘性流动的修正的Argon标量方程,利用Arruda-Boyce的八链模型描述材料发生大变形的超弹性行为,另外应用了一种唯象学的演变规律进一步表征了材料屈服后宏观的应变软化行为。3.基于广义有限变形粘弹性理论提出了一种可用于预报热致非晶态形状记忆聚合物回复行为的热粘弹性建模方法。利用非线性拟合材料应力松弛主曲线的方法获取了广义Maxwell模型的一系列模量与松弛时间,利用Ogden形式的超弹性模型描述了材料的超弹性行为。为了简化问题,仅用Williams-Landel-Ferry(WLF)方程描述了利用时温等效原理得到的水平移动因子。此外,从热力学角度研究了将材料开发为一种医用热敏性血管支架的潜能并探讨了该材料制成的悬臂梁的形状记忆效应。4.针对热致非晶态形状记忆聚合物基复合泡沫材料提出了一种含有结构与应力松弛的多链粘弹塑性有限变形本构模型。利用混合律将该复合泡沫材料的机械变形梯度分解为形状记忆聚合物基体部分与弹性玻璃微球增强相部分,利用非线性Adam-Gibbs模型描述整个玻璃化转变区间的结构松弛。此外,一种含有修正的Eying粘性流动模型的多链模型被用来描述形状记忆聚合物的多重松弛过程。玻璃微球增强相的变形可以分解为弹性与非弹性部分。利用一种唯象学的演变规律来表征复合泡沫材料屈服后宏观的应变软化行为。最后,研究了模型中的材料参数,以期对这种复合泡沫材料的合理设计提供一定的借鉴。5.利用多重松弛型热粘弹性建模方法在Abaqus软件平台上从宏观层面建立了一种适用于形状记忆聚合物及其复合材料的一致建模方法。文中提出了一种新的确定各分链中弹性模量与松弛时间的方法,即仅通过对一个单一频率条件下的动态力学分析实验数据拟合确定广义Maxwell各组参数,提升了工作效率。材料在参考温度以上和以下的水平移动因子分别利用WLF方程和Arrhenius方程描述,利用Arruda-Boyce形式的超弹性模型作为Abaqus所需的参考弹性模型描述材料的超弹性大变形行为。