形状记忆聚合物及其复合材料在多场激励下形变的微观机理研究

The constitutive model of shape memory polymer under multi-field coupling such as temperature/electric/force coupling is established. The distribution of microstructure of polymer is analyzed by experimental methods and numerical simulation, so the evolution mechanism under multi-field coupling is discussed. The response of shape memory polymers under multiple fields is a complex multiscale phenomenon, a series of experiments involving multi-field coupling of specimens of different geometries, surface treatments, fillers (morphology、content and distribution) are conducted to investigate the relationship between microstructure and macroscopic properties. Combining molecular dynamics and statistical mechanics, the local distribution probabilities of microstructures in initial, response and recovery stages are calculated and the effects of processing technology, geometry and field excitation are analyzed. In order to improve the theoretical research, the concepts of fracture-reconstruction potential, local probability distribution and quasi-electron particle of quasi molecular chain are introduced to evaluate the fracture-reconstruction criterion, the local morphology and the response of the electron under the electric field, respectively. The optimized combination of fillers in shape memory composites are evaluated by microstructure analysis, multi-field experiment and numerical simulation. The theories and analytical methods developed in this research have important guiding significance and use value for the multi-functional and intelligent development of polymers.

建立形状记忆聚合物及其复合材料在热/电/磁等多场耦合作用下的本构模型，用实验方法和数值模拟分析聚合物微观结构的分布特征，并揭示其在多场耦合条件下的演化机制。形状记忆聚合物在多场下的响应是复杂的多尺度现象，通过对不同几何尺寸、表面处理、内部填料（形貌、含量和分布）的试样进行多场耦合的系列实验，探讨微观结构变化与宏观性能间的关系。结合分子动力学和统计力学计算微观结构在初始、响应和回复等阶段的局部分布概率，并分析加工工艺、几何形态和外场激励的影响。为完善理论研究，引入拟分子链的断裂-重构势、局部分布概率和拟电子质点等概念，分别表征拟分子链的断裂-重构判断标准、局部形态和电子在电场下的响应。进一步，通过对多组分形状记忆聚合物复合材料进行微观结构分析、多场实验和数值模拟，确定形状记忆复合材料中各组分的优化组合形式。本研究所发展的理论与分析方法对聚合物的多功能、智能化发展具有重要的指导意义和实用价值。

建立形状记忆聚合物及其复合材料在热/电/磁等多场耦合作用下的本构模型，用实验方法和数值模拟分析聚合物微观结构的分布特征，并揭示其在多场耦合条件下的演化机制。形状记忆聚合物在多场下的响应是复杂的多尺度现象，通过对不同几何尺寸、表面处理、内部填料（形貌、含量和分布）的试样进行多场耦合的系列实验，探讨微观结构变化与宏观性能间的关系 。结合分子动力学和统计力学计算微观结构在初始、响应和回复等阶段的局部分布概率，并分 析加工工艺、几何形态和外场激励的影响。为完善理论研究，引入拟分子链的断裂-重构势、 局部分布概率和拟电子质点等概念，分别表征拟分子链的断裂-重构判断标准、局部形态和电 子在电场下的响应。进一步，通过对多组分形状记忆聚合物复合材料进行微观结构分析、多场实验和数值模拟，确定形状记忆复合材料中各组分的优化组合形式。本研究所发展的理论与分析方法对聚合物的多功能、智能化发展具有重要的指导意义和实用价值。.本项目以形状记忆聚合物及其复合材料为研究对象，将材料成型工艺、多场耦合和宏微观性能分析相结合，从宏观尺度、介观尺度和微观尺度出发，建立形状记忆聚合物及其复合材料基于微结构变化的多场耦合本构模型，探索单场、多场条件下，形状记忆聚合物及其复合材料微观结构分布和功能性集团的分布、构象和演化基本规律，揭示多场耦合条件下材料的变形以及多场响应的基本机制，获得功能性集团分布规律与微观结构相互作用对材料形状记忆效应的影响规律，为智能材料的优化设计提供和多功能形状记忆复合材料的制备奠定坚实的理论基础。