基于形状记忆聚合物正/负刚度相互转换结构的研究

摘要

形状记忆聚合物结构是近年研究的热点，它在一定的激励条件（如：热、电、磁、光）下能够产生非常大的可回复变形，它具有结构承载能力的同时，还具有主动的变形功能。随着科学技术的发展，在很多方面需要控制或者避免物体在运动时发生振动等情况。研究发现应用负刚度结构设计的隔振器有很好的隔振性能。传统材料设计的结构负刚度特性是不可控的，开展负刚度结构刚度特性的主控控制，对结构的隔振性能研究具有重要意义。
　　首先，本文根据碟形弹簧在一定尺寸条件下具有负刚度特性的基础上，基于环氧形状记忆聚合物的形状记忆性能与大回复变形性能设计了一种正/负刚度相互转换碟形结构。基于薄壳理论和粘弹性理论分析了负刚度结构的负刚度特性和结构的热力学性能，实现了结构正与负刚度的转换。
　　其次，本文应用ABAQUS有限元软件对环氧形状记忆聚合物负刚度结构进行了负刚度特性验证分析，得到了负刚度结构的载荷-变形关系曲线；基于形状记忆聚合物的粘弹性本构方程，对负刚度结构的形状记忆性能进行了模拟；分析了负刚度结构在自由状态下的固有频率和振型。
　　最后，本文基于理论分析及ABAQUS有限元模拟，设计了负刚度结构的模具，并利用其对环氧形状记忆聚合物正/负刚度结构进行了研制。对研制的环氧形状记忆聚合物负刚度结构分别进行了静力学测试、热力学性能测试及振动测试。其中，静力学测试证明了结构的负刚度特性；热力学性能测试结果显示了结构不同温度条件下的载荷-变形关系及形状记忆性能；振动测试分析了结构在自由状态下不同高度的固有频率及模态阻尼比。研究结果为基于环氧形状记忆聚合物正/负刚度转换结构在低频隔振方面的主动控制研究提供了的参考。

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第1章 绪 论

1.1课题研究的背景和意义

1.2负刚度概念及形状记忆聚合物的介绍

1.3 负刚度结构及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 形状记忆聚合物负刚度结构的理论分析

2.1 引言

2.2 环氧形状记忆聚合物负刚度结构的设计

2.4 形状记忆聚合物的本构模型

2.5 环氧SMP正/负刚度转换结构负刚度特性的理论分析

2.6 本章小结

第3章 形状记忆聚合物正/负刚度结构的有限元模拟

3.1 引言

3.2环氧SMP负刚度结构的静力学模拟

3.3 环氧SMP正/负刚度相互转换结构的形状记忆性能模拟

3.4 环氧SMP正/负刚度转换结构的模态分析

3.5 本章小结

第4章 负刚度结构的制备及力学性能测试

4.1 引言

4.2 负刚度结构模具的制作

4.3环氧SMP负刚度结构的成型

4.4 环氧SMP负刚度结构的力学性能测试

4.5 环氧SMP负刚度结构的模态实验

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间的成果

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