纺织织物增强形状记忆聚合物复合材料热-力学行为研究

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形状记忆聚合物能在外界激励下由临时形态回到初始形态,是一种具有形状记忆效应的新型功能材料。形状记忆聚合物的缺点主要在于强度低、刚度小、回复力弱等,严重影响其实际应用。利用纺织织物增强的方法,可以明显改进这些不足,并有效均匀复合材料面内性能和改善面外性能。目前对于纺织织物增强形状记忆聚合物复合材料(纺织SMPCs)热-力学行为研究工作较少,本文主要针对此课题做了如下工作:首先,建立了纺织SMPCs的多尺度力学模型。根据三维机织复合材料细观结构提出了一种新的建模方法,以纱线密度及纱线填充因子为主要参数建立了三维机织SMPCs参数化细观结构模型。其次,对平面机织SMPCs的形状记忆性能进行了研究,分析了织物增强层拉伸模量、弯曲模量对其热力循环的影响。将平面机织SMPCs在厚度方向划分为5层,研究了铺层位置对其热-力学行为的影响。结果表明,纯弯曲状态下平面机织SMPCs形状记忆性能只与弯曲模量有关,织物处于拉伸侧有利于提高形状固定率及回复力。再次,基于多尺度模型,通过基体的粘弹性参数和纤维的弹性常数,导出纱线的三维热粘弹性本构关系,给出了正交各向异性粘弹性材料ABAQUS子程序的编写方法。研究了外载荷及细观结构对三维机织SMPCs细观单胞等效热粘弹性能的影响。最后,以热粘弹性能的研究为基础,对三维机织SMPCs的形状记忆行为进行了分析,模拟了自由回复与约束回复两种热力循环,研究了外载荷及机织参数对其记忆性能的影响。
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