SMA丝增强SHCC拉伸时的变形和裂纹自回复性能研究

将单根形状记忆合金(SMA)丝埋入应变硬化水泥基复合材料(SHCC)中,采用循环拉伸试验研究SMA丝的预拉伸应变大小(分别为0％、2％、4％和5.5％)对SHCC拉伸应力-应变关系、残余应变回复率、裂纹平均宽度、裂纹回复性等的影响.结果 表明,SMA丝的埋入提高了SHCC的初裂强度、极限强度和极限应变.SMA丝的预拉伸应变较大时,SMA增强SHCC的延性和强度较高.采用加热方法驱动SMA丝可使SHCC的残余应变减小,含预拉伸SMA丝的SHCC试样的变形回复率达到60％ ～ 90％,而含未预拉伸SMA丝的SHCC试样的变形回复率仅为20％～ 42％.SMA丝预拉伸应变增加时,SMA丝驱动后SHCC中裂纹的平均宽度变小.当驱动预拉伸应变为5.5％的SMA丝时,SMA增强SHCC的裂纹平均宽度约为10μm.     

形状记忆聚合物的原理和应用

<正> 形状记忆合金在国外和国内均已实用化。然而形状记忆聚合物在1984年才取得第一个专利,它的价格仅为形状记忆合金的1/100,且易加工,记忆恢复温度范围宽。形状记忆聚合物在加工成型时赋予制品固有形状,制品在其寿命期内对此固有形状终生记忆。以后按照运输、安装和使用的需要,可在各种条件下任意变形,而一旦满足形状回复条件,即迅速回复到固有形状。可如此反复数万次。聚合物体系多重结构的结点间柔性链段     

EAA基热致型热塑性形状记忆高分子弹性体的制备与性能研究

采用乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)热塑性弹性体制备了热致型形状记忆高分子材料,并对其力学性能、微观取向结构、结晶行为和不同变形模式下的形状记忆效应进行了研究,还对变形温度与回复温度对其形状记忆效应的影响进行了探讨。结果表明,EAA样品拉伸表面存在明显取向结构,为其形状回复提供了驱动力;根据EAA样品的熔融、结晶和粘弹行为可确定其形状记忆变形温度和回复温度范围;在拉伸、旋转和卷曲模式下,EAA样品均表现出良好形状记忆效应;当变形温度接近EAA熔点且为95℃时,EAA样品同时具备优异的形状固定率(98.7%)和良好的形状回复率(91.5%);升高回复温度可提高EAA样品形状回复速率。     

EVA热致型形状记忆高分子材料的制备与性能研究

采用乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)热塑性弹性体制备了热致型形状记忆高分子材料,研究了其力学性能、取向结构、结晶性能及不同变形模式下的形状记忆性能,探讨了变形温度和回复温度对形状记忆效应的影响。结果表明,EVA拉伸试样表面存在明显的取向结构,这为形状回复提供了驱动力;拉伸作用促进了试样结晶,变形回复后试样DSC曲线存在双峰;在拉伸、螺旋和卷曲模式下,EVA试样均呈现良好的形状记忆效应;当变形温度接近EVA熔融温度76℃时,试样可同时获得良好的形状固定率(其值95%)和优异的形状回复率(其值95%);升高回复温度可显著加快EVA试样形状回复速率。     

形状记忆合金混杂复合材料层合板变刚度调控机制

形状记忆合金混杂复合材料(SMAHC)是一种能够主动变化刚度的智能复合材料。为了研究形状记忆合金(SMA)对SMAHC层合板刚度调控的影响，对分布式、模块化地植入SMA的层合板进行三点压弯实验。以SMA数量、单层中SMA排布位置与SMA预应变作为3个独立变量进行正交实验设计，测试了不同试样在不同温度下的刚度值，以研究如何有效地实现刚度调控。采用等效热膨胀法建立SMAHC层合板的有限元模型与实验结果进行对比，总结了SMAHC层合板的变刚度调控机制。分析结果表明，SMA非对称排布的层合板比SMA对称排布的层合板平均刚度提升16.67%；植入8段SMA的层合板比植入4段SMA的层合板平均刚度提升15.26%；通过调整SMA的温度，可以精准地实现SMAHC层合板的刚度调控；模块化、分布式的植入方式能够改变SMAHC层合板整体的应力分布，提升层合板刚度调控精度、降低SMA纤维用量，而且能保证个别SMA失效后层合板整体仍然有一定的变刚度能力。     

基于EMA热塑性弹性体的热致型形状记忆高分子的制备与性能

以乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)制备热致型形状记忆高分子,通过伺服控制拉力试验机、差示扫描量热分析、拉伸夹具和电热恒温水浴锅研究了其力学行为、取向结构、结晶行为及不同变形模式下的形状记忆行为,并研究了形状记忆效应受到预热温度和回复温度的影响规律。结果表明,EMA拉伸样品的表面存在明显的取向结构,这为其形状回复提供了驱动力;EMA具有良好的结晶性能,且熔融温度为98℃;拉伸、螺旋和卷曲模式下,EMA样品均呈现出良好的形状记忆效应;当变形温度接近EMA的熔融温度时,EMA样品的形状固定率大于95%且形状回复率大于90%;EMA样品的形状回复速率会随着温度的升高而加快。     

循环加载下TiNi形状记忆合金超弹性变形行为

超弹性是形状记忆合金 (shapememoryalloy ,SMA)重要的力学性能之一。通过试验研究了具有不同加载速率和不同试验温度的循环加载条件下TiNi形状记忆合金超弹性变形行为。分析了循环变形期间相变应力和弹性模量变化的特性 ,得到了加载期间残余应力和残余应变的关系。在具有循环变形的机械训练之后 ,研究了不承载情况下加热和冷却所产生的两方向变形     

HDPE/EPDM TPV压缩变形的可逆回复机制及模型构建

采用动态硫化法制备了基于高密度聚乙烯(HDPE)/三元乙丙橡胶(EPDM)的热塑性硫化胶(TPV),研究了橡塑比和热处理温度对压缩变形可逆回复的影响,探讨了可逆回复机制并构建其物理模型,采用广义Maxwell模型对压缩变形的可逆回复过程进行了描述。结果表明,提高TPV中橡胶相的含量及热处理温度,均可明显增大TPV压缩变形的可逆回复程度;结合TPV的微观结构和可逆回复特征,探讨了压缩变形的可逆回复机制;根据Maxwell模型对压缩变形可逆回复过程进行了定量描述。     

形状记忆聚氨酯新材料

科技进步很大程度依赖于新型材料的发展,材料的结构、功能和设计上的创新都可产生新的材料,智能材料就是其中一种。智能材料是指能在自身微结构上自发感知、响应和进行控制或信息传导的材料,它能在预定的时间以适当的方式对外界的刺激感知并且能够产生响应,根据外界条件改变而改变其功能,当外加刺激消除后,材料又能回复到最初状态。一些单晶材料具有这种功能,但智能材料和结构一般不是单晶,而是材料的复合。在已有的智能材料中,一些材料具有多功能或在结构中有智能,如形状记忆合金、形状记忆功能高聚物、压电陶瓷、光导纤维、磁电材料等。     

压痕SMA丝复合材料界面本构与性能分析

基于混杂形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称"SMA")驱动器的自适应可变形复合材料结构正常服役的前提是界面性能良好。研究表明在光圆SMA丝上引入细压痕可显著提升界面性能。进一步研究压痕SMA丝复合材料的本构是开展混杂压痕SMA丝复合材料结构设计、应用的基础。本文通过圆柱拉拔试验,基于搭建的粘结-滑移测试系统,采集到了载荷-滑移数据,结合理论分析,建立了界面的粘结-滑移本构模型,并通过分析得出了基于区域平均准则思想的界面临界失效剪应力强度值。     

ZDMA增强EVA/NBR TPV的压缩永久变形及其可逆回复

以甲基丙烯酸锌(ZDMA)为补强剂填充丁腈橡胶(NBR),采用动态硫化法制备了系列乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)/NBR/ZDMA热塑性硫化胶(TPV),研究了ZDMA用量及热处理温度对压缩永久变形可逆回复程度的影响,探讨了可逆回复机制并拟合出数学模型。结果表明,提高TPV热处理温度,其压缩永久变形的回复速度和回复程度显著提高,热处理温度为75℃时,TPV的压缩永久变形可逆回复程度最大;增大TPV中ZDMA用量,压缩永久变形的可逆回复减慢;基于TPV的微观相态结构和变形可逆回复特征,探讨了其压缩永久变形的可逆回复机制。     

基于预变形的长条状注塑制品翘曲控制

针对长条状注塑制品比常规尺寸制品更易变形、变形量更大,且传统控制变形方法对其作用有限的问题,以典型长条状制品汽车门板防擦条为例,采用预变形反补偿法控制制品翘曲变形,并利用计算机辅助工程(CAE)技术进行多次预变形设计来确定制品最终的预变形量和预变形曲线,基于预变形后的制品设计完成了模具设计和制造,生产出了满足精度要求的制品。实践表明,预变形设计拓展了注射成型工艺窗口,能有效提高一次试模成功率和生产效率,是控制长条状制品翘曲变形的有效方法,而CAE技术是确定该类制品预变形方向和预变形曲线的重要手段。     

机械密封的扭转变形计算方法与影响因素

针对机械密封环的典型结构,基于圆环理论,建立了密封环结构受力与变形的分析模型。采用圆环理论解析式和有限元法对密封环扭转变形进行了对比计算,分析了密封环的几何结构形状、几何结构尺寸和辅助密封圈的安放位置等因素对密封环扭转变形的影响规律。结果表明:采用理论解析法替代有限元法的计算方法是可行、有效的;复杂截面密封环的台阶长或宽各小于4 mm时,均可直接忽略台阶对扭转变形的影响;辅助密封圈的安放位置和密封环结构形状对扭转变形量均具有重要影响;密封环尺寸在变化不大的前提下,其对扭转变形影响不大。研究结果完善了高压机械密封的设计理论与方法。     

浅谈SMA沥青施工质量控制

沥青玛蹄脂碎石混合料( SMA )是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量细集料组成的沥青玛蹄脂结合料填充间断级配的粗骨料骨架间隙而组成的沥青混合料。SMA 路面结构不仅在高温、重载时的车辙变形量低,而且低温性能良好。本文结合具体工程项目,对 SMA 沥青施工质量控制进行研究。     

HIPS/HVPBR热塑性硫化胶压缩永久变形可逆回复的模型及机制

采用动态硫化法制备了高抗冲聚苯乙烯(HIPS)/高乙烯基聚丁二烯(HVPBR)热塑性硫化胶(TPV),研究了橡塑比和热处理温度对压缩永久变形可逆回复的影响,探讨了可逆回复机制并构建了数学模型。结果表明,提高橡塑比和热处理温度,压缩永久变形的可逆回复程度和回复速度明显提高;热处理温度接近基体Tg时,体系的压缩永久变形几乎完全可逆;基于可逆回复过程,探讨压缩永久变形的可逆回复机制,并构建了其数学模型,进而探讨了橡塑比和热处理温度对可逆回复各阶段松弛时间的影响。     

基于变形预补偿的汽车水室注射模具设计

在注射成型过程中,汽车水室等长条形塑件制品的变形较大,根据充填平衡分析和翘曲分析结果,优化了汽车水室成型结构方案,并确定了取向效应引起的翘曲变形量远大于冷却不均匀、收缩不均匀和角效应引起的翘曲变形量,无法采用优化成型工艺参数和浇注系统结构进行解决。文章利用注塑CAE技术对模具型腔尺寸进行变形预补偿的迭代方法,对长条形塑件变形进行了合理的控制。以某型号汽车水室为研究对象,确定了汽车水室装配平面不同位置的变形预补偿量,结合汽车水室的结构特征设计了4处侧向抽芯,完成了基于变形预补偿的模具结构设计,经实际生产工艺验证,模具设计满足生产要求。     

预应力固定管板换热器预变形与应力特性的数值分析

为了实施预应力换热器技术,对预变形下固定管板式换热器中变形相互约束的构件之间所产生的温差应力与变形分布特性进行了数值研究。借鉴“分段建模,整体综合”的换热器流体力学与传热的数值模拟新方法,利用CFD得到换热器温度场并作为ANSYS结构分析边界条件,采用预拉伸单元进行预变形量的施加与控制,从而获得了热-结构耦合分析结果。数值模拟结果与实验数据吻合得很好,说明所采用的研究方法是合理和可行的。此外,实验和数值分析结果均证实,通过合理地施加和控制预变形量,可以有效缓解和协调固定管板换热器在运行中各构件（管板、壳体、管束）之间的变形约束,从而创造良好的运行环境,最终提高换热器的运行可靠性和使用寿命。     

形状记忆合金研究、应用及未来机遇

形状记忆合金(Shape memory alloy,SMA)是形状记忆材料的一种。由于其独特的优越性能,近年来受到各种商业应用的广泛关注,相关基础和应用研究工作也很活跃。SMA驱动器在设计与应用方面有独特优势但也面临诸多挑战。本文主要内容摘译自Jaronie Mohd Jani、Martin Leary、Aleksandar Subic、Mark A.Gibson2014年发表于Materials and Design杂志上的论文《A review of shape memory alloy research,applications and opportunities》,也加入了作者对SMA复合材料结构发展前景的一点思考,供感兴趣的读者参考。     

硬段结构对分子链含亲水基团的聚氨酯形状记忆性能的影响

采用自乳化法,用聚酯二元醇、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)或异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)、乙二胺(EDA)、三羟甲基丙烷(TMP)等单体合成了分子链含亲水基团的聚氨酯.用FTIR对聚氨酯进行了结构表征,并测试了胶膜力学性能和形状记忆性能.主要探讨了硬段结构与质量分数,回复温度和多次拉伸-回复对聚氨酯形状回复率的影响.结果表明,聚氨酯分子链内引入苯环或化学交联结构,可以改善材料的力学性能和形状记忆性能;聚氨酯的硬段质量分数有一最佳值,达到此值形状回复率最大;不同硬段结构的聚氨酯达到最大形变回复率的临界硬段质量分数不同,硬段的结构越稳定,其在形状记忆聚氨酯中的质量分数越低.多次拉伸-回复可以提高形状记忆性能.     

合成弹性纤维领域的新进展

根据ＩＳＯ２０７６的规定，弹性纤维属合成纤维系列，由于其化学结构所决定，显示出很大的断裂伸长，至少在２００％以上。通常，这种丝的可恢复性伸长为４００％～８００％，在机械变形后，几乎可完全回复到初始形状。最常使用的纺丝聚合物是嵌段型聚氨酯，以干法或湿法...