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形状记忆聚合物热力学实验研究及其复合材料屈曲变形机理分析

作　者: 畅若妮
导　师: 王正道
学　校: 北京交通大学
专　业: 固体力学
关键词: 形状记忆聚合物复合材料热力学特性实验研究理论分析屈曲模型
分类号: TB302
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

作为一类新型形状记忆材料,形状记忆聚合物(SMP)较传统形状记忆合金和形状记忆陶瓷具有众多优点,如低密度、高形状冻结率、易制备、形状温度可调等,而且有的SMP还具有生物可降解特性。因此,其在生物、医疗、微电子、航空航天领域均具有广阔的应用前景。SMP主要是通过热刺激实现形状记忆和回复功能的,了解其热力学性能是促进这类功能材料工程应用的关键。但目前关于SMP热力学性质的实验研究还很不系统,尤其是很少考虑粘弹特性对其形状记忆和回复过程的影响。此外,已有实验研究发现,利用SMP代替传统聚合物基体制成的形状记忆聚合物复合材料,除具有高极限应变、高比刚度和低密度等优点,还可以实现较大折叠变形率,在空间展开领域极具应用潜力,而其基本变形机理是纤维在软基体中受压发生微屈曲变形,但这方面相关理论研究目前还很缺乏。本文主要针对形状记忆聚合物热力学性质及其复合层合板折叠变形机理,开展相关实验研究和理论分析。具体包括如下:1、在实验方面,针对形状记忆聚合物材料开展较为系统的热力学性质研究。主要包括:材料热膨胀系数测定,不同预应变下材料的冻结和恢复响应,不同温度下材料的应力～应变循环关系和应力松弛实验。在此基础上,结合材料微结构随温度的变化,对实验结果进行了分析。2、在理论方面,基于最小变形能原理,对形状记忆层合板折叠变形机理进行了理论研究。首先,建立了一个二维纯剪切的微屈曲模型;在此基础上,考虑层合板弯曲过程中不同层名义应变不同,导致其屈曲实际是一拉/剪混合模式,又建立了一个二维拉/剪混合微屈曲模型,并对其临界屈曲参数和后屈曲过程进行了分析。上述研究结果对了解这类功能材料变形机理和促进其工程应用具有重要的意义。

形状记忆聚合物热力学实验研究及其复合材料屈曲变形机理分析

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