形狀記憶合金復合材料界面力學特性.pdf

1、形狀記憶合金作為一種智能材料,以其獨特的形狀記憶效應和超彈性效應,被廣泛的應用到航空航天、土木工程、醫(yī)療等許多的工程領域之中。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合材料一直以來都是智能材料研究的熱點與重點之一。形狀記憶合金纖維增強的復合材料可以實現(xiàn)傳統(tǒng)復合材料無法實現(xiàn)的許多特殊功能,因而具有廣闊的應用前景。然而,形狀記憶合金纖維與基體之間較弱的界面粘結(jié)強度在很大程度上限制了其發(fā)展與應用。因此,對形狀記

2、憶合金復合材料的界面力學特性進行研究變得十分重要。
　　 本文采用理論分析、有限元模擬和實驗三方面結(jié)合的方法,系統(tǒng)深入地研究了形狀記憶合金復合材料的界面力學問題。其具體工作如下:
　　 采用應力函數(shù)法并結(jié)合最小余能原理,求解了SMA復合材料的單纖維拔出模型在受到不同熱機載荷時的應力解答。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、預拉伸的SMA纖維的復合材料模型在溫度以及外載和溫度同時作用時的內(nèi)應力分布情況。并將兩種結(jié)果加以對比。
　　 基于斷裂力學中的能量判據(jù),推導了單纖維形狀記憶合金復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則。根據(jù)該準則得到了纖維拔出應力的表達式,具體分析了溫度、纖維預應變水平、纖維埋入長度等參數(shù)對纖維拔出應力的影響。最后用有限元的方法模擬了形狀記憶合金復合材料單纖維拔出的過程,其結(jié)果與理論分析的結(jié)果基本一致。

4、　　 用實驗的方法改善了SMA復合材料界面的粘結(jié)強度。通過對形狀記憶合金絲進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改善SMA復合材料的界面粘結(jié)強度。實驗結(jié)果表明,本文所采取的處理方法能夠達到提高SMA復合材料的界面粘結(jié)強度的目的,尤其是HF中陽極氧化處理的方法對改善SMA復合材料界面強度的效果更佳。
　　 研究了形狀記憶合金絲的回復應力對SMA復合材料界面性能的影響。通過在環(huán)氧樹脂中埋入不同預