Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Hành vi nhiệt cơ học của các dải polyme nhớ hình được gia cường bởi các phần nhựa sóng
Tóm tắt
Với sự gia tăng không ngừng trong các ứng dụng của các cơ cấu chấp hành thông minh, việc chú ý đến các vật liệu composite dựa trên SMP ngày càng tăng. Trong bài báo này, hành vi uốn của các dải composite SMP gợn sóng được nghiên cứu. Bằng cách sử dụng mô hình SMP một chiều được chấp nhận rộng rãi, dựa trên giả thuyết của lý thuyết dầm Euler-Bernoulli, các phương trình điều khiển được thiết lập. Tiếp theo, sử dụng một sơ đồ sai phân hữu hạn, các phương trình được giải. Trong bối cảnh này, nhiều loại mặt cắt gợn sóng khác nhau (chữ nhật, hình sin, ...) với cùng một hàm lượng SMP được nghiên cứu và so sánh các tính chất cơ học quan tâm (khả năng chịu tải, cố định hình dạng, ...). Được quan sát rằng các mẫu có một ô gia cường có hành vi cơ học hoàn toàn khác nhau. Nhằm mục đích tổng quát, các mặt cắt composite gia cường một ô được nghiên cứu một cách chi tiết. Kết quả số cho thấy sự gia tăng khả năng chịu tải của cấu trúc. Tuy nhiên, giống như bất kỳ phương pháp gia cường nào khác, một sự giảm nhẹ không thể tránh khỏi trong cố định hình dạng đã được quan sát. Ngoài các tính chất được nghiên cứu ở đây, các đặc tính mong muốn khác có thể đạt được bằng cách giới thiệu một lớp bảo vệ gia cường. Kết quả có thể được áp dụng trong thiết kế các bộ truyền động dựa trên SMP vì công trình hiện tại đề xuất một phương pháp đơn giản và hiệu quả để nâng cao khả năng chịu tải của các vật liệu composite dựa trên SMP.
Từ khóa
#vật liệu composite #polyme nhớ hình #hành vi cơ học #khả năng chịu tải #gia cườngTài liệu tham khảo
Nissen A, Whinnery LL, Domeier LA, Goods SH (2009) Thermomechanical characterization of thermoset urethane shape memory polymer foams. Sandia National Laboratories, Albuquerque
Beblo RV, Weiland LM (2009) Light activated shape memory polymer characterization. J Appl Mech 76(1):011008
Long KN, Scott TF, Qi HJ, Bowman CN, Dunn ML (2009) Photomechanics of light-activated polymers. J Mech Phys Solids 57(7):1103–1121
Chen Y-C, Lagoudas DC (2008) A constitutive theory for shape memory polymers. Part I: large deformations. J Mech Phys Solids 56(5):1752–1765
Volk BL, Lagoudas DC, Maitland DJ (2011) Characterizing and modeling the free recovery and constrained recovery behavior of a polyurethane shape memory polymer. Smart Mater Struct 20(9):094004
Cho JW, Kim JW, Jung YC, Goo NS (2005) Electroactive shape-memory polyurethane composites incorporating carbon nanotubes. Macromol Rapid Commun 26(5):412–416
Cuevas J, Alonso J, German L, Iturrondobeitia M, Laza J, Vilas J, Leon L (2009) Magneto-active shape memory composites by incorporating ferromagnetic microparticles in a thermo-responsive polyalkenamer. Smart Mater Struct 18(7):075003
Han XJ, Dong ZQ, Fan MM, Liu Y, Wang YF, Yuan QJ, Li BJ, Zhang S (2012) pH-induced shape-memory polymers. Macromol Rapid Commun 33(12):1055–1060
Lu H (2013) State diagram of phase transition temperatures and solvent-induced recovery behavior of shape-memory polymer. J Appl Polym Sci 127(4):2896–2904
Lu H, Du S (2014) A phenomenological thermodynamic model for the chemo-responsive shape memory effect in polymers based on Flory-Huggins solution theory. Polym Chem 5(4):1155–1162
Behl M, Lendlein A (2007) Shape-memory polymers. Mater Today 10(4):20–28
Liu Y, Gall K, Dunn ML, Greenberg AR, Diani J (2006) Thermomechanics of shape memory polymers: uniaxial experiments and constitutive modeling. Int J Plast 22(2):279–313
Lantada AD, Morgado PL, Sanz JLM, García JM, Munoz-Guijosa JM, Otero JE (2010) Intelligent structures based on the improved activation of shape memory polymers using Peltier cells. Smart Mater Struct 19(5):055022
Saï K (2011) Multi-mechanism models: present state and future trends. Int J Plast 27(2):250–281
Lendlein A, Langer R (2002) Biodegradable, elastic shape-memory polymers for potential biomedical applications. Science 296(5573):1673–1676
Leng J, Lv H, Liu Y, Du S (2007) Electroactivate shape-memory polymer filled with nanocarbon particles and short carbon fibers. Appl Phys Lett 91(14):144105
Xu W, Li G (2010) Constitutive modeling of shape memory polymer based self-healing syntactic foam. Int J Solids Struct 47(9):1306–1316
Qiao T, Liu L, Liu Y, Leng J (2013) Post buckling analysis of the shape memory polymer composite laminate bonded with alloy film. Compos B Eng 53:218–225
Lan X, Liu L, Liu Y, Leng J, Du S (2014) Post microbuckling mechanics of fibre-reinforced shape-memory polymers undergoing flexure deformation. Mech Mater 72:46–60
Lan X, Liu Y, Lv H, Wang X, Leng J, Du S (2009) Fiber reinforced shape-memory polymer composite and its application in a deployable hinge. Smart Mater Struct 18(2):024002
Lan X, Zhang R, Liu Y, Leng J (2011) Fiber reinforced shape-memory polymer composite and its application in deployable hinge in space. In: 52nd AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC structures, structural dynamics and materials conference 19th AIAA/ASME/AHS adaptive structures conference 13t, p 2115
Lu H, Yu K, Liu Y, Leng J (2010) Sensing and actuating capabilities of a shape memory polymer composite integrated with hybrid filler. Smart Mater Struct 19(6):065014
Otsuka K, Wayman CM (1999) Shape memory materials. Cambridge University Press, Cambridge
Liu Y, Du H, Liu L, Leng J (2014) Shape memory polymer composites and their applications in aerospace: a review. Smart Mater Struct 23:023001
Gall K, Dunn ML, Liu Y, Finch D, Lake M, Munshi NA (2002) Shape memory polymer nanocomposites. Acta Mater 50(20):5115–5126
Poilane C, Delobelle P, Lexcellent C, Hayashi S, Tobushi H (2000) Analysis of the mechanical behavior of shape memory polymer membranes by nanoindentation, bulging and point membrane deflection tests. Thin Solid Films 379(1):156–165
Monkman G (2000) Advances in shape memory polymer actuation. Mechatronics 10(4):489–498
Campbell D, Lake MS, Scherbarth MR, Nelson E, Six RW (2005) Elastic memory composite material: an enabling technology for future furlable space structures. In: 46th structural dynamics, and materials conference. Austin, Texas
Zhang C-S, Ni Q-Q (2007) Bending behavior of shape memory polymer based laminates. Compos Struct 78(2):153–161
Leng J, Lan X, Liu Y, Du S (2011) Shape-memory polymers and their composites: stimulus methods and applications. Prog Mater Sci 56(7):1077–1135
Luo X, Mather PT (2013) Design strategies for shape memory polymers. Curr Opin Chem Eng 2(1):103–111
Liu Y, Gall K, Dunn ML, McCluskey P (2003) Thermomechanical recovery couplings of shape memory polymers in flexure. Smart Mater Struct 12(6):947
Tobushi H, Hayashi S, Hoshio K, Ejiri Y (2008) Shape recovery and irrecoverable strain control in polyurethane shape-memory polymer. Sci Technol Adv Mater 9(1):015009
Ghosh P, Srinivasa A (2011) A two-network thermomechanical model of a shape memory polymer. Int J Eng Sci 49(9):823–838
Ghosh P, Reddy J, Srinivasa A (2013) Development and implementation of a beam theory model for shape memory polymers. Int J Solids Struct 50(3):595–608
Baghani M, Naghdabadi R, Arghavani J, Sohrabpour S (2012) A thermodynamically-consistent 3D constitutive model for shape memory polymers. Int J Plast 35:13–30
Baghani M, Naghdabadi R, Arghavani J (2013) A large deformation framework for shape memory polymers: constitutive modeling and finite element implementation. J Intell Mater Syst Struct 24(1):21–32
Chen J, Liu L, Liu Y, Leng J (2014) Thermoviscoelastic shape memory behavior for epoxy-shape memory polymer. Smart Mater Struct 23(5):055025
Guo X, Liu L, Liu Y, Zhou B, Leng J (2014) Constitutive model for a stress-and thermal-induced phase transition in a shape memory polymer. Smart Mater Struct 23(10):105019
Guo X, Liu L, Zhou B, Liu Y, Leng J (2015) Influence of strain rates on the mechanical behaviors of shape memory polymer. Smart Mater Struct 24(9):095009
Guo X, Liu L, Zhou B, Liu Y, Leng J (2016) Constitutive model for shape memory polymer based on the viscoelasticity and phase transition theories. J Intell Mater Syst Struct 27(3):314–323
Tan Q, Liu L, Liu Y, Leng J (2014) Thermal mechanical constitutive model of fiber reinforced shape memory polymer composite: based on bridging model. Compos A Appl Sci Manuf 64:132–138
Baghani M, Mohammadi H, Naghdabadi R (2014) An analytical solution for shape-memory-polymer Euler-Bernoulli beams under bending. Int J Mech Sci 84:84–90
Baghani M, Taheri A (2014) An analytic investigation on behavior of smart devices consisting of reinforced shape memory polymer beams. J Intell Mater Syst Struct 26(11):1385–1394
Takeda T, Shindo Y, Narita F (2013) Flexural stiffness variations of woven carbon fiber composite/shape memory polymer hybrid layered beams. J Compos Mater. doi:10.1177/0021998313515458
Weidenfeller B, Anhalt M (2012) Polyurethane–magnetite composite shape-memory polymer: thermal properties. J Thermoplast Compos Mater. doi:10.1177/0892705712458446
Yu K, Liu Y, Liu Y, Peng H-X, Leng J (2013) Mechanical and shape recovery properties of shape memory polymer composite embedded with cup-stacked carbon nanotubes. J Intell Mater Syst Struct. doi:10.1177/1045389x13504475
Yu K, Westbrook KK, Kao PH, Leng J, Qi HJ (2013) Design considerations for shape memory polymer composites with magnetic particles. J Compos Mater 47(1):51–63. doi:10.1177/0021998312447647
Taherzadeh M, Baghani M, Baniassadi M, Abrinia K, Safdari M (2016) Modeling and homogenization of shape memory polymer nanocomposites. Compos B Eng 91:36–43
Chen Y-C, Lagoudas DC (2008) A constitutive theory for shape memory polymers. Part II: a linearized model for small deformations. J Mech Phys Solids 56(5):1766–1778
Baghani M, Naghdabadi R, Arghavani J, Sohrabpour S (2012) A constitutive model for shape memory polymers with application to torsion of prismatic bars. J Intell Mater Syst Struct 23(2):107–116
Mase GT, Smelser RE, Mase GE (2009) Continuum mechanics for engineers. CRC Press, Boca Raton
Reddy JN (2002) Energy principles and variational methods in applied mechanics. Wiley, Hoboken
Popov EP (1990) Engineering mechanics of solids. Prentice Hall, Upper Saddle River
Kalpakjian S, Schmid SR (2008) Manufacturing processes for engineering materials. Pearson Education, Upper Saddle River
Mark JE (2009) Polymer data handbook. Oxford University Press, Oxford
Brandrup J, Immergut EH, Grulke EA (1999) Polymer handbook. Wiley-Interscience, Hoboken
Mark JE (1996) Physical properties of polymers handbook. Springer, Berlin