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基于形状记忆聚合物的智能簧片结构的有限元分析
  • ISSN号:0254-0037
  • 期刊名称:《北京工业大学学报》
  • 时间:0
  • 分类:TB381[一般工业技术—材料科学与工程]
  • 作者机构:北京工业大学机械工程与应用电子技术学院,北京100124
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(11472020,11502007)
中文摘要:

为了研究基于形状记忆聚合物(shape memory polymer,SMP)新型簧片的形状记忆行为以及金属材料对SMP簧片的增强效应,首先,基于三维SMP应力-应变-温度关系,编写了可供ABAQUS调用的用户材料子程序(user-defined material mechanical behavior,UMAT),开发出可用于三维复杂应力状态下SMP结构的有限元计算方法.然后,利用该方法对SMP簧片结构正向和反向弯曲变形的形状记忆行为(高温加载、降温固形、低温卸载和升温恢复)进行了仿真.最后,模拟和分析金属材料增强的SMP复合簧片结构的折叠过程.结果表明:SMP簧片在正向和反向折叠变形后,通过温度的控制能够自动展开,因此,能够有效解决传统簧片结构中的驱动复杂和过冲震动的问题;金属增强的SMP复合簧片的失稳弯矩和平稳弯矩被明显提高,金属增强效果从强到弱的顺序依次是:合金钢、铸钢、灰铸铁和硬铝合金.

英文摘要:

To study the shape memory behavior of a novel hinge based on shape memory polymers and the reinforcing effect of metal materials on the shape memory polymer( SMP) hinge,a user-defined material mechanical behavior( UMAT) subroutine available for ABAQUS was written and a finite element method for SMP complex structures was developed based on a three dimensional SMP stress-strain-temperature relationship. Using the method, folded and unfolded shape memory behaviors of the SMP hinge,including loading under high temperatures,cooling,unloading under low temperatures and heating,were simulated. The folding processes of the reinforced SMP composite hinge were simulated and discussed.Results show that the SMP hinge after forward and reverse folding can be automatically expanded by controling the temperature, therefore, it can effectively solve the problem of driving complex and overshoot vibration in the traditional hinge. Critical bending moment and steady bending moment of the metal-reinforced SMP composite hinge are significantly improved, in which the reinforcing effects decrease in order of alloy steel,cast steel,gray iron and duralumin.

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期刊信息
  • 《北京工业大学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:北京市教委
  • 主办单位:北京工业大学
  • 主编:卢振洋
  • 地址:北京市朝阳区平乐园100号
  • 邮编:100124
  • 邮箱:xuebao@bjut.edu.cn
  • 电话:010-67392535
  • 国际标准刊号:ISSN:0254-0037
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2286/T
  • 邮发代号:2-86
  • 获奖情况:
  • 中国高等学校自然科学学报优秀学报二等奖,北京市优秀期刊,华北5省市优秀期刊,中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),美国数学评论(网络版),德国数学文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:11924