织物增强形状记忆复合材料大型空间可展桁架研究进展
发布时间：2021-10-17 07:12
围绕新型织物增强形状记忆复合材料空间可展桁架,总结了材料研制、结构制备、形状记忆行为、多尺度力学模型和地面试验的相关研究进展。可展桁架纵杆为织物增强复合材料制成的薄壁管,复合材料是将二维碳纤维织物添加到环氧形状记忆树脂中制备而成,通过调整基体树脂和固化剂的配比可控制材料的形状记忆性能。基于相变理论构建了形状记忆本构模型,并应用三点弯曲试验验证。通过微观、细观、宏观多尺度方法,计算了复合材料的均匀ABD刚度矩阵,依据Kirchhoff假设推导了薄壁管等效空间梁单元。搭建地面技术演示平台,验证形状记忆可展桁架单元收纳比达到50:1,形状恢复率约为100%。
【文章来源】：机械工程学报. 2020,56(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
环氧SMP的DMA曲线图
图2显示了不同样品的断裂伸长率和橡胶态模量。由于试样4交联密度较高，因此伸长率较低(40%)、模量较高(14 MPa)。试样3的伸长率和模量与试样4相似，材料性质变化不大。当两种单体的摩尔比例小于1.67时，伸长率随着摩尔比例的下降显著增加，模量变化趋势相反。值得特别注意的是，交联密度最低的试样1具有最小的模量(4 MPa)和最大的伸长率(111%)。图3定性地显示了环氧SMP材料的形状记忆性能。在图3a中，从左到右分别是试样1到试样4。增加温度到所有材料的Tg值以上时，施加一定的外力后样品扭曲变形。在保持外力的情况下降温至室温，撤去外力，所有样品固定临时形状，见图3b。将样品浸入到60℃水浴中，试样1在5s后恢复，其他样品保持不变。当水浴温度达到70℃时，试样2恢复。随着水浴温度进一步上升到80℃，试样3在5 s内恢复，试样4在20 s内恢复。所有样品的形状记忆性能测试进一步总结在表1中，所有样品的Rf都高于99%,Rr都高于97%，环氧SMP都具有良好的形状记忆性能。
图3定性地显示了环氧SMP材料的形状记忆性能。在图3a中，从左到右分别是试样1到试样4。增加温度到所有材料的Tg值以上时，施加一定的外力后样品扭曲变形。在保持外力的情况下降温至室温，撤去外力，所有样品固定临时形状，见图3b。将样品浸入到60℃水浴中，试样1在5s后恢复，其他样品保持不变。当水浴温度达到70℃时，试样2恢复。随着水浴温度进一步上升到80℃，试样3在5 s内恢复，试样4在20 s内恢复。所有样品的形状记忆性能测试进一步总结在表1中，所有样品的Rf都高于99%,Rr都高于97%，环氧SMP都具有良好的形状记忆性能。试样1的高应变形状记忆性能如图4所示。将环氧SMP制成如图4a所示的紧密弹簧，弹簧可被拉为临时形状，并且能够恢复至初始形状。图4b显示的是一个正方形样品，该样品可沿中线折叠，折叠三次后样品未破坏，且样品可完全恢复。为了验证高应变环氧SMP的稳定性，采用上述方法测试了制成两个月后的样品变形-恢复性能，该样品形状记忆性能没有明显变化，说明高应变形状记忆环氧SMP在观测时间内性能稳定。
【参考文献】：
期刊论文
[1]织物复合材料空间可展桁架模态试验与分析[J]. 张祎贝,高冀峰,陈务军,张大旭,房光强,曹争利,彭福军. 振动与冲击. 2018(17)
[2]基于广义Maxwell模型的形状记忆聚合物力学本构[J]. 樊鹏玄,陈务军,赵兵,胡建辉,张大旭,房光强,彭福军. 上海交通大学学报. 2018(08)
[3]形状记忆聚合物复合材料可展开结构的研究进展[J]. 任天宁,朱光明,聂晶. 航空材料学报. 2018(04)
[4]环氧形状记忆聚合物的热力学性能试验研究[J]. 王丽君,陈务军,樊鹏玄,张大旭,房光强,曹争利. 哈尔滨工程大学学报. 2018(11)
[5]盘绕式伸展臂收纳过程理论分析与数值模拟[J]. 樊鹏玄,陈务军,赵兵. 工程力学. 2018(03)
[6]4D打印形状记忆聚合物材料的研究现状与应用前景[J]. 魏洪秋,万雪,刘彦菊,冷劲松. 中国科学:技术科学. 2018(01)
[7]形状记忆环氧树脂及其四枚缎纹碳纤维织物增强环氧树脂的动态力学性能[J]. 游晋,房光强,陈务军,王丽君,曹争利,彭福军. 复合材料学报. 2017(06)
[8]形状记忆四枚缎纹编织复合材料拉伸力学性能试验研究[J]. 康雄建,房光强,张大旭,陈务军,曹争利,彭福军. 上海航天. 2016(05)
[9]电动车轻量化复合材料车身骨架多尺度分析[J]. 朱国华,成艾国,王振,雷发桂. 机械工程学报. 2016(06)
[10]盘绕式空间伸展臂连续纵杆大转角纯弯曲试验[J]. 张金龙,陈务军,张大旭,彭福军,房光强. 哈尔滨工程大学学报. 2015(06)
本文编号：3441352
【文章来源】：机械工程学报. 2020,56(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
环氧SMP的DMA曲线图
图2显示了不同样品的断裂伸长率和橡胶态模量。由于试样4交联密度较高，因此伸长率较低(40%)、模量较高(14 MPa)。试样3的伸长率和模量与试样4相似，材料性质变化不大。当两种单体的摩尔比例小于1.67时，伸长率随着摩尔比例的下降显著增加，模量变化趋势相反。值得特别注意的是，交联密度最低的试样1具有最小的模量(4 MPa)和最大的伸长率(111%)。图3定性地显示了环氧SMP材料的形状记忆性能。在图3a中，从左到右分别是试样1到试样4。增加温度到所有材料的Tg值以上时，施加一定的外力后样品扭曲变形。在保持外力的情况下降温至室温，撤去外力，所有样品固定临时形状，见图3b。将样品浸入到60℃水浴中，试样1在5s后恢复，其他样品保持不变。当水浴温度达到70℃时，试样2恢复。随着水浴温度进一步上升到80℃，试样3在5 s内恢复，试样4在20 s内恢复。所有样品的形状记忆性能测试进一步总结在表1中，所有样品的Rf都高于99%,Rr都高于97%，环氧SMP都具有良好的形状记忆性能。
图3定性地显示了环氧SMP材料的形状记忆性能。在图3a中，从左到右分别是试样1到试样4。增加温度到所有材料的Tg值以上时，施加一定的外力后样品扭曲变形。在保持外力的情况下降温至室温，撤去外力，所有样品固定临时形状，见图3b。将样品浸入到60℃水浴中，试样1在5s后恢复，其他样品保持不变。当水浴温度达到70℃时，试样2恢复。随着水浴温度进一步上升到80℃，试样3在5 s内恢复，试样4在20 s内恢复。所有样品的形状记忆性能测试进一步总结在表1中，所有样品的Rf都高于99%,Rr都高于97%，环氧SMP都具有良好的形状记忆性能。试样1的高应变形状记忆性能如图4所示。将环氧SMP制成如图4a所示的紧密弹簧，弹簧可被拉为临时形状，并且能够恢复至初始形状。图4b显示的是一个正方形样品，该样品可沿中线折叠，折叠三次后样品未破坏，且样品可完全恢复。为了验证高应变环氧SMP的稳定性，采用上述方法测试了制成两个月后的样品变形-恢复性能，该样品形状记忆性能没有明显变化，说明高应变形状记忆环氧SMP在观测时间内性能稳定。
【参考文献】：
期刊论文
[1]织物复合材料空间可展桁架模态试验与分析[J]. 张祎贝,高冀峰,陈务军,张大旭,房光强,曹争利,彭福军. 振动与冲击. 2018(17)
[2]基于广义Maxwell模型的形状记忆聚合物力学本构[J]. 樊鹏玄,陈务军,赵兵,胡建辉,张大旭,房光强,彭福军. 上海交通大学学报. 2018(08)
[3]形状记忆聚合物复合材料可展开结构的研究进展[J]. 任天宁,朱光明,聂晶. 航空材料学报. 2018(04)
[4]环氧形状记忆聚合物的热力学性能试验研究[J]. 王丽君,陈务军,樊鹏玄,张大旭,房光强,曹争利. 哈尔滨工程大学学报. 2018(11)
[5]盘绕式伸展臂收纳过程理论分析与数值模拟[J]. 樊鹏玄,陈务军,赵兵. 工程力学. 2018(03)
[6]4D打印形状记忆聚合物材料的研究现状与应用前景[J]. 魏洪秋,万雪,刘彦菊,冷劲松. 中国科学:技术科学. 2018(01)
[7]形状记忆环氧树脂及其四枚缎纹碳纤维织物增强环氧树脂的动态力学性能[J]. 游晋,房光强,陈务军,王丽君,曹争利,彭福军. 复合材料学报. 2017(06)
[8]形状记忆四枚缎纹编织复合材料拉伸力学性能试验研究[J]. 康雄建,房光强,张大旭,陈务军,曹争利,彭福军. 上海航天. 2016(05)
[9]电动车轻量化复合材料车身骨架多尺度分析[J]. 朱国华,成艾国,王振,雷发桂. 机械工程学报. 2016(06)
[10]盘绕式空间伸展臂连续纵杆大转角纯弯曲试验[J]. 张金龙,陈务军,张大旭,彭福军,房光强. 哈尔滨工程大学学报. 2015(06)
本文编号：3441352
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3441352.html
