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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 形状记忆合金的本构关系2

1.3 典型本构模型2

1.3.1 Tanaka模型2

1.3.2 Liang-Rogers模型4

1.3.3 Brinson模型5

1.3.4 Boyd-Lagoudas模型6

1.3.5 Ivshin-Pence模型7

1.3.6 朱-吕模型7

1.4 形状记忆合金复合材料的界面力学特性8

1.4.1 界面粘结强度及应力分布8

1.4.2 形状记忆合金表面处理9

1.5 形状记忆合金增强复合材料11

1.5.1 形状记忆合金短纤维增强复合材料11

1.5.2 形状记忆合金长纤维增强复合材料12

1.6 形状记忆聚合物13

1.6.1 形状记忆聚合物的本构理论研究13

1.6.2 形状记忆聚合物复合材料研究15

参考文献16

第2章 形状记忆合金的本构模型24

2.1 形状记忆合金的细观力学本构模型24

2.1.1 形状记忆因子24

2.1.2 形状记忆演化方程26

2.1.3 形状记忆演化方程28

2.2 形状记忆合金的余弦型本构模型29

2.2.1 DSC曲线的模拟30

2.2.2 马氏体相变模型31

2.2.3 本构方程34

2.3 形状记忆合金的宏观力学本构模型36

2.3.1 形状记忆因子36

2.3.2 形状记忆演化方程37

2.3.3 宏观力学本构方程41

2.3.4 数值算例43

2.4 形状记忆合金的热力学本构方程47

2.4.1 超弹性和形状记忆效应47

2.4.2 热力学本构方程48

2.5 形状记忆合金的剪切本构模型51

2.5.1 形状记忆演化方程的建立51

2.5.2 力学本构方程的建立54

2.5.3 模型中材料常数的测定55

2.6 考虑温度记忆效应的形状记忆合金本构模型56

2.6.1 形状记忆方程56

2.6.2 力学本构方程61

2.7 Ni-Ti合金循环加载力学特性64

2.7.1 残余应变及形状记忆残余因子64

2.7.2 形状记忆残余因子演化方程67

2.7.3 弹性模量和相变临界应力演化方程69

2.8 一维宏观循环本构方程73

2.9 材料参数的实验测定74

2.9.1 相变温度的测定74

2.9.2 材料相变参数的测定75

2.9.3 材料循环参数的测定77

2.10 Ni-Mn-Ga单晶材料的宏观本构模型及实验研究78

2.10.1 内变量选取78

2.10.2 宏观本构模型79

2.10.3 相变动力学方程83

2.10.4 残余磁致形状记忆应变84

2.10.5 磁畴体积分数和磁化旋转角演化方程86

2.10.6 单晶磁化行为87

2.11 Ni-Mn-Ga单晶磁致宏观响应数值分析88

2.11.1 温度对单晶磁化行为的影响89

2.11.2 温度对磁畴体积分数和磁化旋转角的影响91

2.11.3 单晶磁致宏观响应数值模拟92

2.12 Ni-Mn-Ga单晶磁致宏观响应实验研究97

2.12.1 实验材料及测试设备97

2.12.2 单晶材料参数的测定99

2.12.3 单晶磁场诱发宏观响应的测定101

参考文献105

第3章 形状记忆合金复合材料的性能及本构模型109

3.1 形状记忆合金复合材料的拔出模型的界面力学特性109

3.1.1 三相同轴圆柱拔出模型109

3.1.2 算例分析117

3.2 单根SMA纤维界面脱粘拔出121

3.2.1 脱粘区复合材料的应力分布121

3.2.2 粘结区复合材料的应力分布122

3.2.3 界面相临界完全脱粘123

3.3 SMA纤维界面脱粘临界强度测定124

3.3.1 实验材料及试件制备125

3.3.2 实验结果与理论结果的对比126

3.4 SMAC宏观本构模型及其有效模量126

3.4.1 弹塑性基体本构模型127

3.4.2 单向随机分布SMA短纤维增强复合材料本构模型127

3.4.3 SMAC宏观有效模量131

3.5 SMAC宏观力学行为数值分析132

3.6 单向随机分布SMA短纤维增强环氧树脂实验研究139

3.6.1 实验材料及试件制备139

3.6.2 试件表面观察139

3.6.3 拉伸测试及试件失效形貌观察139

3.7 基于内聚力模型SMAC的宏观力学行为有限元模拟141

3.7.1 单向随机分布短纤维模型的生成141

3.7.2 有限元模型的建立及验证142

3.8 数值结果的对比及分析144

3.8.1 纤维相互扰动影响及端部界面脱粘145

3.8.2 纤维尺寸对复合材料整体力学行为的影响146

3.8.3 温度荷载对复合材料整体力学行为的影响148

3.9 SMAHCs三相本构模型及其有效模量149

3.9.1 SMAHCs三相本构模型150

3.9.2 SMAHCs宏观有效模量157

3.10 SMAHCs宏观力学行为的数值分析159

3.11 单向SMA长纤维增强玻璃树脂混杂复合材料的实验研究164

3.11.1 实验材料及SMAHCs试件制备164

3.11.2 SMA纤维和混杂基体界面评估165

3.11.3 SMAHCs复合材料强度的测定166

3.11.4 SMAHCs失效形貌的分析169

3.12 SMAHCs有限元分析170

3.12.1 有限元模型及参数设置170

3.12.2 模型验证171

参考文献173

第4章 形状记忆聚合物本构模型及TPI复合材料176

4.1 形状记忆聚合物的宏观力学本构模型176

4.1.1 力学本构方程176

4.1.2 材料参数方程178

4.2 形状记忆聚合物的热力学粘弹性本构模型181

4.2.1 形状记忆聚合物微观结构模型181

4.2.2 形状记忆聚合物相变转换方程183

4.2.3 形状记忆聚合物热力学粘弹性本构方程185

4.2.4 形状记忆聚合物热力学粘弹性本构模型的验证（一）188

4.2.5 形状记忆聚合物热力学粘弹性本构模型的验证（二）197

4.3 TPI形状记忆聚合物的力学及形状记忆性能202

4.3.1 原料配比及制备203

4.3.2 形状记忆聚合物的力学性能203

4.3.3 形状记忆聚合物的形状记忆性能测试207

4.4 碳纤维增强形状记忆聚合物复合材料的力学及形状记忆性能210

4.4.1 形状记忆聚合物/碳纤维复合材料的原料及制备210

4.4.2 形状记忆聚合物/碳纤维复合材料的力学性能210

4.4.3 形状记忆聚合物/碳纤维复合材料的形状记忆性能219

4.5 形状记忆聚合物/碳纤维/纳米颗粒混杂复合材料的力学及形状记忆性能221

4.5.1 形状记忆聚合物/碳纤维/纳米颗粒混杂复合材料的原料及制备221

4.5.2 形状记忆聚合物/碳纤维/纳米颗粒混杂复合材料的力学性能222

4.5.3 形状记忆聚合物/碳纤维/纳米颗粒混杂复合材料的形状记忆性能228

参考文献230