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基于形状记忆聚合物的智能簧片结构的有限元分析

发布时间:2018-03-01 05:07

  本文关键词: 形状记忆聚合物 智能簧片 形状记忆效应 用户材料子程度(UMAT) 出处:《北京工业大学学报》2017年09期  论文类型:期刊论文


【摘要】:为了研究基于形状记忆聚合物(shape memory polymer,SMP)新型簧片的形状记忆行为以及金属材料对SMP簧片的增强效应,首先,基于三维SMP应力-应变-温度关系,编写了可供ABAQUS调用的用户材料子程序(user-defined material mechanical behavior,UMAT),开发出可用于三维复杂应力状态下SMP结构的有限元计算方法.然后,利用该方法对SMP簧片结构正向和反向弯曲变形的形状记忆行为(高温加载、降温固形、低温卸载和升温恢复)进行了仿真.最后,模拟和分析金属材料增强的SMP复合簧片结构的折叠过程.结果表明:SMP簧片在正向和反向折叠变形后,通过温度的控制能够自动展开,因此,能够有效解决传统簧片结构中的驱动复杂和过冲震动的问题;金属增强的SMP复合簧片的失稳弯矩和平稳弯矩被明显提高,金属增强效果从强到弱的顺序依次是:合金钢、铸钢、灰铸铁和硬铝合金.
[Abstract]:In order to study the shape memory behavior of new Reed based on shape memory polymer (shape memory polymer) and the enhancement effect of metal materials on SMP Reed, firstly, based on the three dimensional SMP stress-strain-temperature relationship, In this paper, the user material subprogram (user-defined material mechanical havior) that can be called by ABAQUS is developed, and the finite element calculation method for SMP structure under three-dimensional complex stress state is developed. The shape memory behavior of forward and reverse bending deformation of SMP Reed structure (high temperature loading, cooling solid shape, low temperature unloading and temperature recovery) is simulated by this method. The folding process of the metal reinforced SMP composite Reed structure is simulated and analyzed. The results show that the reeds can be automatically expanded by controlling the temperature after forward and reverse folding deformation. It can effectively solve the problems of complex driving and overshoot vibration in traditional Reed structure, the unstable bending moment and steady bending moment of metal reinforced SMP composite Reed are obviously improved, the order of metal reinforcement effect from strong to weak is: alloy steel, cast steel, Gray cast iron and hard aluminum alloy.
【作者单位】: 北京工业大学机械工程与应用电子技术学院;
【基金】:国家自然科学基金资助项目(11472020,11502007)
【分类号】:TB324

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