基于形状记忆聚合物的可变形蜂窝结构力学性能研究

摘要

蜂窝结构具有轻质、高比强度、高比模量、可设计性强等优良的力学性能，并且可以通过设计蜂窝的构型实现负泊松比等特殊力学性能，这些优点均使蜂窝结构拥有较大的应用价值。形状记忆聚合物是当今最受人们关注的智能材料之一。将形状记忆聚合物与蜂窝结构结合起来，可以综合两者各自的优点，实现主动变形蜂窝结构，从而能够根据实际需要，通过改变蜂窝的形状来得到合适的力学性能。实现可变形蜂窝结构具有很大的实际意义。
　　本文以双箭头蜂窝和六边形蜂窝为主要研究对象。由于人们对双箭头蜂窝的研究较少，本文首先建立了双箭头蜂窝面内弹性常数的理论模型，通过有限元模拟验证了理论模型的正确性，并分析了双箭头蜂窝各个几何参数对面内弹性常数的影响。然后，本文制备了不同几何参数的形状记忆聚合物六边形蜂窝试样，通过实验研究了蜂窝试样在变形前的面内力学性能，并与相关理论进行了对比，实验证明六边形蜂窝三个理论模型对面内弹性常数的预测是合理的。本文对变形固形后的形状记忆聚合物六边形蜂窝进行了面内弹性模量测试和泊松比测试，研究了固形后的面内力学性能，证明了蜂窝在加热变形过程中主要是蜂窝壁之间夹角的改变，变形固形后的六边形蜂窝面内弹性常数仍然与三个理论模型相吻合。此外，为研究可变形蜂窝的变形回复性能，本文进行了形状记忆聚合物六边形蜂窝在不同温度下的弹性模量测试、固定率测试、回复率测试、回复力测试，并进行了形状记忆聚合物六边形蜂窝的变形和自由回复试验，这一系列试验验证了形状记忆聚合物实现蜂窝变形的可行性。最后，本文通过理论和有限元数值模拟研究了六边形蜂窝悬臂梁的振动力学性能，重点分析了六边形悬臂梁在高度方向上的基频与梁高度和蜂窝壁夹角之间的变化关系。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2蜂窝结构的研究现状

1.3 形状记忆聚合物的研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 双箭头蜂窝结构及其面内力学性能

2.1 引言

2.2 双箭头蜂窝面内弹性常数理论模型

2.3 双箭头蜂窝面内弹性常数有限元数值模拟

2.4 本章小结

第3章 六边形蜂窝结构及其面内力学性能

3.1 引言

3.2六边形蜂窝结构几种理论模型的介绍

3.3六边形蜂窝结构面内静力学试验

3.4 本章小结

第4章 六边形蜂窝结构变形力学性能

4.1 引言

4.2 六边形蜂窝结构变形固形后的静力学试验

4.3 不同温度下环氧SMP蜂窝拉伸试验

4.4 环氧SMP蜂窝结构三点弯曲试验

4.5 环氧SMP蜂窝结构固定率与回复率测试试验

4.6 环氧SMP蜂窝结构回复力测试试验

4.7 SMP蜂窝结构变形回复演示试验

4.8 本章小结

第5章 六边形蜂窝结构动力学性能

5.1 引言

5.2六边形蜂窝悬臂梁固有频率理论模型

5.3六边形蜂窝悬臂梁固有频率有限元模拟

5.4 本章小结

结论

参考文献

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