纺织织物增强形状记忆聚合物复合材料的热力学行为

基本信息
批准号:11572153
项目类别:面上项目
资助金额:70.00
负责人:孙慧玉
学科分类:
依托单位:南京航空航天大学
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:佘崇民,顾建平,方常青,曹进,唐云,王少祥
关键词:
纺织织物热力学性能复合材料形状记忆聚合物本构模型
结项摘要

Shape memory polymers (SMPs) are a cutting-edge subject in the research field of new types of smart materials. The combination of textile fabrics and SMPs leads to textile fabric reinforced shape memory polymer composites (textile SMPCs), which have good integral structural properties and achieve large shape change ratios. So a study of thermomechanical behaviors of textile SMPCs is significant in science and engineering. In the project, based on the theory of thermoviscoelasticity and molecular dynamics for polymers, the deformation mechanism of thmermally activated amorphous SMPs subjected to thermal and mechanical loads is analyzed with thermomechanical experiments. The thermomechanical behavior of SMPs in the process of shape memory cycles is investigated, and a brand-new simplified and robust mechanical model for SMPs is constructed. The ultrasonic scanning imaging method is used to reveal three-dimensional meso and micro structural characteristics of textile fabric reinforced SMPCs. The ineraction between reinforcing textile fabrics and SMPs is explored under external loads and temperature variations, and the physical mechanism is clarified. The homogenization theory is employed and a multiscale finite element analysis is carried out. The inherent correlation between macro mechanical properties and meso and micro structures is given. The constitutive model of textile SMPCs is established, and the thermomechanical property of textile SMPCs affected by many factors is predicted. The research provides the basis for design and application of textile SMPCs.

形状记忆聚合物(SMPs)是新型智能材料研究领域的前沿课题之一,将纺织织物与SMPs相结合就产生纺织织物增强形状记忆聚合物复合材料(纺织SMPCs),它不仅继承纺织复合材料的整体结构性能好,而且可以实现较大变形率。因此,研究纺织SMPCs的热力学行为具有重要的学术价值和工程应用前景。本项目基于热粘弹性理论和高聚物分子动力学理论,结合热力学实验,分析热致非晶态SMPs随着热力载荷变形机理,研究SMPs形状记忆循环中的热力学行为,构建SMPs简化可靠的全新的力学模型,应用超声扫描成像方法揭示纺织织物增强SMPCs的三维细微观结构特征,探索纺织增强织物与SMPs基体在外力载荷和温度变化下的相互作用,弄清其物理机制,运用均匀化理论并进行多尺度有限元分析,给出宏观力学性质与细微观结构的内在关联,建立纺织SMPCs的本构模型,对多种因素影响下的热力学性能进行预报,为纺织SMPCs的设计和应用提供基础。

项目摘要

形状记忆聚合物(SMPs)是新型智能材料研究领域的前沿课题之一,将纺织织物与SMPs相结合就产生纺织织物增强形状记忆聚合物复合材料(纺织SMPCs),它不仅继承纺织复合材料的整体结构性能好,而且可以实现较大变形率。因此,研究纺织SMPCs的热力学行为具有重要的学术价值和工程应用前景。本项目基于聚合物热粘弹性理论和网络转变理论,结合热力学实验,分析了热致非晶态SMPs随着热力载荷变形机理,研究了SMPs形状记忆循环中的热力学行为,构建了SMPs简化可靠的全新的力学模型,揭示了纺织织物增强SMPCs的三维细微观结构特征,探索了纺织增强织物与SMPs基体在外力载荷和温度变化下的相互作用,弄清其物理机制,运用均匀化理论并进行多尺度有限元分析,给出了宏观力学性质与细微观结构的内在关联,建立了纺织SMPCs的本构模型,对多种因素影响下的热力学性能进行了预报,为纺织SMPCs的设计和应用提供基础。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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