形狀記憶合金復(fù)合材料界面力學(xué)特性.pdf

1、形狀記憶合金作為一種智能材料,以其獨(dú)特的形狀記憶效應(yīng)和超彈性效應(yīng),被廣泛的應(yīng)用到航空航天、土木工程、醫(yī)療等許多的工程領(lǐng)域之中。而將形狀記憶合金以絲、帶、顆粒等形態(tài)植入到基體材料中制成的形狀記憶合金復(fù)合材料一直以來(lái)都是智能材料研究的熱點(diǎn)與重點(diǎn)之一。形狀記憶合金纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)復(fù)合材料無(wú)法實(shí)現(xiàn)的許多特殊功能,因而具有廣闊的應(yīng)用前景。然而,形狀記憶合金纖維與基體之間較弱的界面粘結(jié)強(qiáng)度在很大程度上限制了其發(fā)展與應(yīng)用。因此,對(duì)形狀記

2、憶合金復(fù)合材料的界面力學(xué)特性進(jìn)行研究變得十分重要。
　　 本文采用理論分析、有限元模擬和實(shí)驗(yàn)三方面結(jié)合的方法,系統(tǒng)深入地研究了形狀記憶合金復(fù)合材料的界面力學(xué)問(wèn)題。其具體工作如下:
　　 采用應(yīng)力函數(shù)法并結(jié)合最小余能原理,求解了SMA復(fù)合材料的單纖維拔出模型在受到不同熱機(jī)載荷時(shí)的應(yīng)力解答。然后將理論分析中用到的SMA的本構(gòu)方程離散化,編制了可供大型商用有限元軟件Msc.marc調(diào)用的子程序。用有限元模擬的方法分析了埋有單根

3、預(yù)拉伸的SMA纖維的復(fù)合材料模型在溫度以及外載和溫度同時(shí)作用時(shí)的內(nèi)應(yīng)力分布情況。并將兩種結(jié)果加以對(duì)比。
　　 基于斷裂力學(xué)中的能量判據(jù),推導(dǎo)了單纖維形狀記憶合金復(fù)合材料的能量釋放率,并給出了纖維和基體之間的能量破壞準(zhǔn)則。根據(jù)該準(zhǔn)則得到了纖維拔出應(yīng)力的表達(dá)式,具體分析了溫度、纖維預(yù)應(yīng)變水平、纖維埋入長(zhǎng)度等參數(shù)對(duì)纖維拔出應(yīng)力的影響。最后用有限元的方法模擬了形狀記憶合金復(fù)合材料單纖維拔出的過(guò)程,其結(jié)果與理論分析的結(jié)果基本一致。

4、　　 用實(shí)驗(yàn)的方法改善了SMA復(fù)合材料界面的粘結(jié)強(qiáng)度。通過(guò)對(duì)形狀記憶合金絲進(jìn)行不同方法的表面處理以及在環(huán)氧樹脂中加入硅烷偶聯(lián)劑和納米二氧化硅的方法來(lái)改善SMA復(fù)合材料的界面粘結(jié)強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文所采取的處理方法能夠達(dá)到提高SMA復(fù)合材料的界面粘結(jié)強(qiáng)度的目的,尤其是HF中陽(yáng)極氧化處理的方法對(duì)改善SMA復(fù)合材料界面強(qiáng)度的效果更佳。
　　 研究了形狀記憶合金絲的回復(fù)應(yīng)力對(duì)SMA復(fù)合材料界面性能的影響。通過(guò)在環(huán)氧樹脂中埋入不同預(yù)