孔柱状SMP膜/基复合结构体系屈曲形貌调控研究
发布时间：2021-09-04 22:02
形状记忆聚合物（Shape Memory Polymer,简称SMP）是一种新型功能材料,在特定条件下改变其形状并固定后,可以通过施加外界刺激如光、电、热等,使其以一定的方式及规律恢复至初始状态,完成“变形—记忆—恢复”的形状记忆过程。由于其具有低密度、变形量回复率高、温度适应性广、造价低等诸多优良特性,目前广泛应用于医疗、制造业、航空航天等领域。在实际应用中,传统的SMP材料仍存在如功能较为单一等制约因素。近年来,软物质材料学发展迅速,其中基于薄膜/基底结构表面失稳形成有序的微屈曲结构,在仿生制造、功能表面制备、柔性电子技术等领域均具有重要的应用前景,得到广泛关注。本文将薄膜/基体结构体系与SMP材料相结合,以SMP材料为主体,针对孔柱状SMP膜/基复合结构体系,开展了一系列实验及有限元模拟研究,主要研究内容如下:以环氧树脂基SMP材料为基体,利用两种不同性质的聚合物材料,通过结构组装制成孔柱状SMP膜/基复合结构模型。进行热力学实验研究,根据材料特性设计特定的实验过程,实现SMP膜/基复合结构发生屈曲再恢复到光滑表面的过程,通过薄膜/基底结构设计达到形状记忆聚合物材料多功能化的目的...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 形状记忆聚合物研究现状
1.2.1 形状记忆聚合物的变形激励方式
1.2.2 热致感应型SMP记忆机理
1.2.3 形状记忆聚合物热力学理论研究进展
1.3 形状记忆聚合物的研究发展方向
1.3.1 形状记忆聚合物复合材料
1.3.2 多功能形状记忆聚合物材料
1.4 薄膜/基底复合结构
1.4.1 薄膜/基底复合结构作用机理
1.4.2 薄膜/基底复合结构研究现状
1.5 本文主要研究内容
1.5.1 研究思路
1.5.2 主要工作
第二章 结构稳定性及膜/基屈曲理论
2.1 屈曲失稳概念及形成原因
2.2 屈曲形式及模态
2.3 薄膜基底结构屈曲成型方式
2.3.1 机械拉伸法
2.3.2 热应力法
2.4 薄膜/基底结构屈曲理论
2.4.1 柱状膜/基结构系统屈曲相关因素分析
2.4.2 后屈曲幅值分析
2.4.3 薄膜内应力及屈曲条件
2.5 本章小结
第三章 SMP膜/基复合结构屈曲实验研究
3.1 前言
3.2 实验原料及实验设备
3.2.1 实验原料
3.2.2 主要仪器和设备
3.3 实验方法
3.3.1 试件制备
3.3.2 预应变加载及恢复
3.4 实验结果及分析
3.4.1 预应变对屈曲临界温度的影响
3.4.2 结构屈曲恢复全过程分析
3.4.3 单双层薄膜屈曲效果比较
3.4.4 升温速率对临界屈曲及恢复效果的影响
3.5 本章小结
第四章 SMP膜/基复合结构有限元模拟
4.1 前言
4.2 粘弹性理论
4.2.1 粘弹性概述
4.2.2 蠕变
4.2.3 应力松弛
4.2.4 粘弹性本构模型
4.3 有限元模型粘弹性参数
4.3.1 广义maxwell模型
4.3.2 prony级数的确定
4.3.3 时温等效原理
4.4 孔柱状薄膜/基底结构有限元模拟
4.4.1 有限元模型的建立
4.4.2 模拟结果
4.4.3 结构屈曲失稳形貌影响因素研究
4.4.4 单双层薄膜屈曲模拟效果
4.4.5 膜/基模量比对临界屈曲波长的影响
4.4.6 薄膜厚度对临界屈曲波长的影响
4.4.7 基体内径对临界屈曲波长的影响
4.4.8 基体外径对临界屈曲波长的影响
4.5 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]压电效应对软基体上压电薄膜局部和整体屈曲的影响[J]. 付志鹏,蒋泉,周志东. 厦门大学学报(自然科学版). 2012(05)
[2]柔性衬底/刚性薄膜应力褶皱有序结构形成的动态过程[J]. 李超荣,徐庆,鲁年鹏,董文钧,曹则贤. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2012(09)
[3]可变形电子元件的非线性动力屈曲行为分析[J]. 张晓晴,欧智成. 爆炸与冲击. 2012(04)
[4]形状记忆聚合物的宏观力学本构模型[J]. 周博,刘彦菊,冷劲松. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2010(07)
[5]《高分子物理》教学中WLF方程的系数求解与分析[J]. 郑强,林宇,叶一兰,张小虎,上官勇刚,左敏. 高分子通报. 2010(06)
[6]开孔氧化铝薄膜/铝合金基体热屈曲变形和应力分析[J]. 弓满锋,乔生儒,梅芳,袁月清. 材料导报. 2009(14)
[7]苯乙烯基形状记忆复合材料梁的弯曲性能分析[J]. 于月民,赵春香. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2009(03)
[8]电致形状记忆聚己内酯/炭黑复合导电高分子材料的研究[J]. 秦瑞丰,朱光明,杜宗罡,崔晓萍,张龙彬. 中国塑料. 2005(05)
[9]形状记忆聚合物的发展及应用[J]. 朱光明. 工程塑料应用. 2002(08)
[10]形状记忆高分子材料[J]. 张福强. 高分子通报. 1993(01)
硕士论文
[1]基于褶皱的胶体晶体自组装[D]. 徐庆.浙江理工大学 2012
[2]薄膜/基底结构屈曲问题的数值模拟[D]. 蔡晓苏.华南理工大学 2011
[3]应力皱褶规律及大面积有序结构的实现[D]. 鲁年鹏.浙江理工大学 2011
本文编号：3384087
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 形状记忆聚合物研究现状
1.2.1 形状记忆聚合物的变形激励方式
1.2.2 热致感应型SMP记忆机理
1.2.3 形状记忆聚合物热力学理论研究进展
1.3 形状记忆聚合物的研究发展方向
1.3.1 形状记忆聚合物复合材料
1.3.2 多功能形状记忆聚合物材料
1.4 薄膜/基底复合结构
1.4.1 薄膜/基底复合结构作用机理
1.4.2 薄膜/基底复合结构研究现状
1.5 本文主要研究内容
1.5.1 研究思路
1.5.2 主要工作
第二章 结构稳定性及膜/基屈曲理论
2.1 屈曲失稳概念及形成原因
2.2 屈曲形式及模态
2.3 薄膜基底结构屈曲成型方式
2.3.1 机械拉伸法
2.3.2 热应力法
2.4 薄膜/基底结构屈曲理论
2.4.1 柱状膜/基结构系统屈曲相关因素分析
2.4.2 后屈曲幅值分析
2.4.3 薄膜内应力及屈曲条件
2.5 本章小结
第三章 SMP膜/基复合结构屈曲实验研究
3.1 前言
3.2 实验原料及实验设备
3.2.1 实验原料
3.2.2 主要仪器和设备
3.3 实验方法
3.3.1 试件制备
3.3.2 预应变加载及恢复
3.4 实验结果及分析
3.4.1 预应变对屈曲临界温度的影响
3.4.2 结构屈曲恢复全过程分析
3.4.3 单双层薄膜屈曲效果比较
3.4.4 升温速率对临界屈曲及恢复效果的影响
3.5 本章小结
第四章 SMP膜/基复合结构有限元模拟
4.1 前言
4.2 粘弹性理论
4.2.1 粘弹性概述
4.2.2 蠕变
4.2.3 应力松弛
4.2.4 粘弹性本构模型
4.3 有限元模型粘弹性参数
4.3.1 广义maxwell模型
4.3.2 prony级数的确定
4.3.3 时温等效原理
4.4 孔柱状薄膜/基底结构有限元模拟
4.4.1 有限元模型的建立
4.4.2 模拟结果
4.4.3 结构屈曲失稳形貌影响因素研究
4.4.4 单双层薄膜屈曲模拟效果
4.4.5 膜/基模量比对临界屈曲波长的影响
4.4.6 薄膜厚度对临界屈曲波长的影响
4.4.7 基体内径对临界屈曲波长的影响
4.4.8 基体外径对临界屈曲波长的影响
4.5 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]压电效应对软基体上压电薄膜局部和整体屈曲的影响[J]. 付志鹏,蒋泉,周志东. 厦门大学学报(自然科学版). 2012(05)
[2]柔性衬底/刚性薄膜应力褶皱有序结构形成的动态过程[J]. 李超荣,徐庆,鲁年鹏,董文钧,曹则贤. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2012(09)
[3]可变形电子元件的非线性动力屈曲行为分析[J]. 张晓晴,欧智成. 爆炸与冲击. 2012(04)
[4]形状记忆聚合物的宏观力学本构模型[J]. 周博,刘彦菊,冷劲松. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2010(07)
[5]《高分子物理》教学中WLF方程的系数求解与分析[J]. 郑强,林宇,叶一兰,张小虎,上官勇刚,左敏. 高分子通报. 2010(06)
[6]开孔氧化铝薄膜/铝合金基体热屈曲变形和应力分析[J]. 弓满锋,乔生儒,梅芳,袁月清. 材料导报. 2009(14)
[7]苯乙烯基形状记忆复合材料梁的弯曲性能分析[J]. 于月民,赵春香. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2009(03)
[8]电致形状记忆聚己内酯/炭黑复合导电高分子材料的研究[J]. 秦瑞丰,朱光明,杜宗罡,崔晓萍,张龙彬. 中国塑料. 2005(05)
[9]形状记忆聚合物的发展及应用[J]. 朱光明. 工程塑料应用. 2002(08)
[10]形状记忆高分子材料[J]. 张福强. 高分子通报. 1993(01)
硕士论文
[1]基于褶皱的胶体晶体自组装[D]. 徐庆.浙江理工大学 2012
[2]薄膜/基底结构屈曲问题的数值模拟[D]. 蔡晓苏.华南理工大学 2011
[3]应力皱褶规律及大面积有序结构的实现[D]. 鲁年鹏.浙江理工大学 2011
本文编号：3384087
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