热致型纤维增强形状记忆聚合物复合材料的冲击损伤破坏

Due to the excellent properties of thermally induced fiber reinforced shape memory polymer composites (SMPCs), it has been more and more used in aerospace, military, power, transportation and other fields. And the structure in these environments always subjected to impact load. But there is few study on the impact damage of the thermally induced fiber reinforced SMPC. Considering the impact damage of thermally induced fiber reinforced SMPC in engineering application and its temperature sensitive characteristics, in this project, the impact damage of thermally induced fiber reinforced SMPC under different temperature conditions will be studied through experimental method. The failure modes and energy dissipation mechanism of thermally induced fiber reinforced SMPC under impact load with low and high speed will be studied. The focus of this study will be on the effect of impact damage on the shape recovery properties and mechanical properties of the thermally induced fiber reinforced SMPC. Based on the experiment, the impact damage model of numerical simulation and theoretical will be established and further analysis for the effect of different temperature and impact load on the impact damage of thermally induced fiber reinforced SMPC will be presented. The optimization design for the impact resistance performance of thermally induced fiber reinforced SMPC will be presented too.

由于热致型纤维增强形状记忆聚合物复合材料(SMPCs)的诸多优异特性，其在航空航天、军事、电力、交通等领域获得越来越广泛的使用。而服役在这些领域中的结构往往会受到冲击荷载的作用，但目前对于热致型纤维增强SMPC在冲击载荷作用下的损伤破坏行为的研究相对滞后。基于热致型纤维增强SMPC实际应用中面对的冲击破坏问题及材料热敏感的特点，本项目通过实验的方法在不同温度条件下分别对其低速、高速冲击损伤破坏进行分析，探索材料的冲击损伤破坏模式以及这一过程中的能量耗散机理。重点研究冲击损伤破坏对材料形状回复性能及力学性能的影响。在实验的基础上建立热致型纤维增强SMPC冲击损伤破坏的数值计算和理论分析模型，在更大范围内研究不同温度和不同冲击载荷对结构冲击损伤破坏的影响。并且针对纤维增强SMPC抗冲击破坏性能进行结构优化设计。

由于热致型纤维增强形状记忆聚合物复合材料的诸多优异特性，其在航空航天、军事、电力、交通等领域获得越来越广泛的使用。而服役在这些领域中的结构往往会受到冲击荷载的作用，但目前对于热致型纤维增强形状记忆聚合物复合材料在冲击载荷作用下的损伤破坏行为的研究相对滞后。基于热致型纤维增强形状记忆聚合物复合材料实际应用中面对的冲击破坏问题及材料热敏感的特点，本项目测定温度和应变率对热致型SMP的失效行为的影响，分析了不同组分，不同纤维体积含量、不同纤维角度、不同结构宽厚比等对纤维增强聚合物材料的热屈曲特性的影响。研究了在不同温度条件下纤维增强形状记忆聚合物复合材料的冲击损伤破坏情况。将压电纤维聚合物材料和粘弹性材料贴附于纤维增强聚合物复合板表面，通过对压电纤维聚合物材料施加温度反馈和速度反馈电压，对结构的热屈曲和冲激响应实现主动控制。分析了材料的冲击损伤破坏模式以及这一过程中的能量耗散机理，发现冲击损伤破坏与其它纤维增强聚合物类似，以开裂为主。研究了冲击损伤破坏对材料形状回复性能及力学性能的影响，发现如果材料保持外形完整冲击破坏对结构的形状恢复性能影响较小。在此基础上建立热致型纤维增强形状记忆聚合物复合材料的数值计算和理论分析模型，研究了更大范围内不同温度和不同冲击载荷对结构冲击损伤破坏的影响。并且针对纤维增强SMPC抗冲击破坏性能进行了结构优化设计，通过纤维铺层优化可显著增强结构的抗冲击性能，但纤维体积比增大会影响结构形状记忆性能。