应变率对形状记忆聚合物力学性质的影响

发布时间：2019-11-15 05:58

【摘要】：形状记忆聚合物是继形状记忆合金以及形状记忆陶瓷等传统记忆材料之后发现的新兴功能记忆性材料,其具有低密度、变形量回复率高、生物相容性好、温度适应性广、造价低等诸多的优良特性,并可广泛应用到医疗、生物、航空航天等领域中,具有较高的利用潜力。作为一种高聚物,形状记忆聚合物拥有极强的温度相关性和率的相关性,因此了解其在不同温度和不同应变率条件下的热力学性质可为其在工程中应用奠定基础。本文围绕分析应变率对形状记忆聚合物在玻璃态转化温度范围内的力学性质的影响展开了应变率相关的实验、理论研究以及数值模拟。具体研究内容如下:(1)玻璃态转化温度范围内,对不同的应变率对形状记忆聚合物相关力学性能的影响进行了实验研究。通过单轴拉伸实验,研究了不同尺寸的形状记忆环氧树脂在四种加载率情况下,不同温度段条件下的力学性能,为分析应变率对其力学性能影响提供了依据;(2)形状记忆聚合物新型材料参数方程建立。在DMA实验基础上,建立了新型材料参数方程,并与实验数据比较,结果精度较高;(3)计算分析应变率和材料尺寸在不同温度条件下对材料参数数值的影响。利用形状记忆聚合物宏观本构模型和拉伸曲线能量损耗面积,分析出应变率对材料温度、材料模量等参数的影响,判断应变率是否可加快玻璃态转化进程。指出了应变率会对材料温度和温度相关材料参数大小造成小范围影响;(4)高应变率对形状记忆聚合物力学性能影响。总结了 Prony级数拟合方法,有限模拟了在小应变率情况下形状记忆聚合物单轴拉伸情况,论证了模拟方法的可行性。理论分析和有限元模拟在玻璃态转化温度范围内,高应变率对形状记忆聚合物的力学性质的影响,指出了高应变率的影响可忽略不计。上述研究结果对了解形状记忆聚合物在实际工程应用中复杂受力情况下的力学性质和玻璃态转化进程的研究有重要意义。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O341

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本文编号：2561175