环氧基形状记忆聚合物超弹-粘弹性本构理论及试验研究

摘要

形状记忆聚合物在智能结构领域具有极强的应用前景,其中环氧基形状记忆聚合物(Epoxy shape memory polymers,ESMP)是研究焦点,论文针对在玻璃化转变温度(Glass transition temperature,Tg)附近及以上ESMP发生大变形时体现的材料软化效应和刚化效应进行研究.首先利用2项多项式的超弹性本构方程替换广义Maxwell模型中的线弹性响应部分,以考虑大应变条件下材料的刚化效应,构造出超弹-粘弹性本构方程,并在真应变速率恒定的条件下推导出具有解析表达式、便于工程应用的材料参数测定公式.然后采用分段线性位移曲线逼近指数变化位移曲线,进行不同应变速率的ESMP单轴拉伸试验,利用其中一组数据拟合得到所推导本构方程的材料参数,并利用ESMP在Tg附近及以上体积不可压缩性特点,推导三维状态材料参数.最后采用所推导的本构方程对各组应变速率的拉伸试验进行计算,试验结果与计算结果取得了较高的一致性.此外,发现随应变速率增大,由材料粘性引起的软化效应及由超弹性引起的刚化效应增强;且应变速率大的切线模量总是大于应变速率小的切线模量.