显式方法精确模拟形状记忆聚合物热力学行为

发布时间：2021-09-07 08:44

　　通过构建一个热耦合的多轴可压缩应变能函数,得到应力-应变、应力-温度和应变-温度之间的函数关系,建立形状记忆聚合物的本构方程.论文引入三个基于对数应变的不变量使得模型（i）可以模拟可压缩情况;（ii）适用于单轴拉伸和等双轴拉伸至少两个基准实验;（iii）多轴有效.通过显式方法（i）给出自由能和熵的具体表达,证明模型热力学定律;（ii）给出应变-应力,温度-应力以及,温度-应变的形函数具体表达.多轴模型在特定的情况下可以自动退化到各自的单轴情况.通过调节形函数的参数,最终得到的模型结果和实验结果能够精确匹配.新方法建立的本构模型得到的结果能更加准确地指导形状记忆聚合物的工程设计. 

【文章来源】：固体力学学报. 2020,41(04)北大核心CSCD

【文章页数】：13 页

【部分图文】：

χ随着应变率变化的关系示意图

如图2所示,首先保持高温(T=Th,Th>Tg)条件下对样品进行单轴拉伸,材料和普通高分子材料一样发生变形.当应变达到一个最大值h1以后停止,从图中反映就是状态A到状态B,(Ⅰ)表示的是形变过程;然后,保持应变不变,温度从Th降低到Tl(Tl<Tg),应力逐渐变大,图中表示的是从B到C,(Ⅱ)表示冷却过程;接下来,保持温度在低温状态(T=Tl),应力开始卸载至0,变形部分恢复(应变从h1减小到h2),图中从C到D,(Ⅲ)表示卸载过程;最后,将温度升高值T=Th,变形逐渐恢复至0,图中从D到A,(Ⅳ)表示升温过程.除此之外,Tobushi等[22]还做了应力恢复实验.前面三个过程((Ⅰ)、(Ⅱ)和(Ⅲ))和热力学循环实验一致.如图3所示,当到达D后,保持温度不变的情况下,无载荷静置十分钟,变形会部分恢复(对数应变从h2减小到h3),到达E,(Ⅳ)表示变形恢复过程;之后保持应变(h=h3)不变,逐渐升温,应力先减小后变大,从E到F的过程(Ⅴ)表示升温;最后从F到G表示温度不变(T=Th)的情况下卸载,变形逐渐恢复,但是无法恢复到初始大小,过程(Ⅵ)表示卸载过程.

除此之外,Tobushi等[22]还做了应力恢复实验.前面三个过程((Ⅰ)、(Ⅱ)和(Ⅲ))和热力学循环实验一致.如图3所示,当到达D后,保持温度不变的情况下,无载荷静置十分钟,变形会部分恢复(对数应变从h2减小到h3),到达E,(Ⅳ)表示变形恢复过程;之后保持应变(h=h3)不变,逐渐升温,应力先减小后变大,从E到F的过程(Ⅴ)表示升温;最后从F到G表示温度不变(T=Th)的情况下卸载,变形逐渐恢复,但是无法恢复到初始大小,过程(Ⅵ)表示卸载过程.3.1 热力学循环实验形函数

【参考文献】：
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本文编号：3389240