基于细观相变和黏弹性本构模型的SMP热力循环数值模拟对比分析

摘要

形状记忆聚合物(SMP)作为典型智能材料,由于其独特的形状记忆特性,在航空航天、微系统和生物医学领域已经引起了极大的关注。为了更加准确地利用SMP的形状记忆特性进行工程应用,本工作采用相变本构和黏弹性本构两种模型进行对比仿真研究。首先,基于细观力学的经典相变理论结合SMP材料,给出其存储应变公式的显式解析解;通过单轴拉伸、应力松弛和热力循环等一系列实验获取两种本构模型的各项参数;模拟SMP的热力形状记忆循环过程,将不同本构模型的数值仿真结果与实验结果进行对比分析。研究结果表明,采用相变理论的本构模型时,其仿真结果与实验结果更一致,能够更准确地反映SMP材料的形状记忆特性。