聚合物的热粘弹性对形状记忆合金作动性能的影响

利用一维变温热粘弹性理论分析聚合物杆,Brinson本构方程描述形状记忆合金,研究了变温场下形状记忆合金与聚合物杆组合结构的作动性能,并与用热弹性理论分析组合结构中聚合物杆的结果进行了比较,分析表明,在一定温度范围内,两种理论计算结果比较接近,当温度大大高于聚合物杆的玻璃态转化温度时,两者结果相差较大,此外,还讨论了粘弹性材料性质、温度效应对组合结构作动性能的影响。     

粘弹基SMA复合材料层合板的有限元分析

用有限元法对粘弹基形状记忆合金 (SMA)复合材料层合板在横向均布载荷作用下的挠度进行了研究 ,结果发现 ,基体的热粘弹性对 SMA的作动性能有较大影响 ,且其程度随板边界的固结方式、SMA丝的数目、SMA的预应变、板的铺设角的不同而不同     

粘弹基形状记忆合金复合梁的弯曲

用有限元法对环氧基形状记忆合金复合梁的弯曲问题进行了建模和分析，并通过实验验证了理论分析结果，研究发现，由热粘弹性分析得到的结果与实验结果吻合较好，而由热弹性分析得到的结果与实验结果差异较大，由此说明，对于环氧基SMA复合材料，由于激活SMA时温度对环氧基体的影响较大，适合于用热弹性理论精确分析其整体响应。     

二维射流冲击形状记忆合金驱动器的瞬态传热

用数值和实验两种方法对射流冷却、加热形状记忆合金驱动器进行研究.控制方程采用守恒形式和标准二维不可压缩k-ε紊流模型,流体和固体的耦合边界上采用与形状记忆合金相关的动、静边界条件两种形式分别进行计算,并比较了两种边界条件下射流换热效果.分析了射流速度、射流周期对换热的影响,设计了一套交变射流的实验装置,并对射流加热和冷却形状记忆合金驱动器进行了实验研究.结果表明:静边界条件下形状记忆合金驱动器温度稍高于动边界条件;射流速度越大、射流周期越长,形状记忆合金温度和形变的波动范围也就越大;实验数据与数值计算的结果吻合较好.研究结果对于以形状记忆合金作为热驱动元件的设计具有一定的指导意义.     

含粘弹性层纤维增强层合板的热屈曲及阻尼特性分析

对含粘弹性层纤维增强层合板的热屈曲及阻尼特性进行了分析研究。采用经典冯·卡门平板理论和哈密顿原理推导得出结构运动学方程,进而得出临界热屈曲温度的求解公式,通过求解本征值问题,得到结构固有频率和阻尼比。在恒温下分析了粘弹性层厚度和铺设方式对结构阻尼比的影响。在不同温度场下研究了粘弹性层厚度和铺设方式对结构热屈曲行为的影响。着重分析了非均匀温度分布对结构热屈曲和阻尼比的影响。数值结果分析表明,不论均匀温度场还是非均匀温度场,弹性层总厚度一定的情况下,层合板临界热屈曲温度随粘弹性层厚度增大而增大,且基本呈现正比例关系。恒温时,层合板阻尼比随粘弹性层厚度增大而增大。临界热屈曲温度、固有频率、阻尼比除了受纤维铺层影响较大外,同时受层合板上温度分布的影响较大。     

热灾害环境对形状记忆消防服面料防护性能的影响

消防员或应急救援人员需要穿着特定的热防护服以保障人身安全。在防水透气层与舒适层之间设置若干形状记忆合金弹簧,构筑动态隔热消防服面料组合。采用热平板仪和热防护性能测试仪分别模拟高温热接触和低辐射热灾害,测量分布于各面料层间的温度。对处于两种不同环境下的形状记忆合金弹簧形成的空气层对热防护织物的动态隔热作用进行分析比较,发现采用一个弹簧正中排列及3个弹簧对角线放置的隔热效果最为显著,可适用于两种热环境。研究结果可为优化形状记忆合金弹簧排布方式从而设计性能优越的智能消防服提供科学依据。     

基于时温等效原理的热致形状记忆聚合物模型

基于粘弹性高分子理论和时温等效原理,对玻璃态热致型形状记忆聚合物的形状记忆过程进行模拟。将形状记忆聚合物的粘弹性应力应变响应分为依赖于应变的应力部分和依赖于时间的松弛部分。依赖于应变的应力部分采用不可压缩的Mooney-Rivlin超弹性模型,依赖于时间的松弛部分采用Prony级数表示。通过新的时温等效方程来考虑模量的温度相关性。模拟结果与实验的比较表明:模拟结果与实验吻合很好。     

形状记忆合金管接头结构优化与有限元分析

为了解决油管接口处的慢性泄漏问题,研究了一种舰艇核反应堆管路用形状记忆合金管接头.建立了NiTiNb形状记忆合金管接头结构优化模型,并采用遗传算法,对NiTiNb形状记忆合金管接头进行了结构优化设计.采用有限元法对优化后的NiTiNb形状记忆合金管接头进行了热结构耦合仿真分析,仿真试验结果与理论分析结果取得了较好的一致性,从而证明本文提出的方法是可行、有效的,具有很大的通用性和工程实际意义.     

填料环过盈组合密封性能研究

为改善填料函密封结构中径向接触应力分布不均匀问题,建立了填料环过盈组合密封结构,以及新密封结构的理论计算模型和有限元分析模型.填料轴向应力和径向接触应力分布的理论和仿真值具有较好的一致性,验证了理论模型的正确性及适用性.将过盈组合密封结构与传统填料密封结构作对比分析可知:当径向接触应力最小值一定时,与传统填料密封结构相比,过盈组合密封结构所需的压盖应力较小,减缓了填料随时间的松弛;过盈组合密封结构径向接触应力最大值与最小值的差值较小,提高了径向应力分布的均匀程度;过盈组合密封结构减小了填料对阀杆的转动摩擦力,提高了阀杆的机动性能.由此验证了过盈组合密封结构的性能,可为实际填料密封设计提供理论基础.     

温度对介电弹性体材料致动器动态性能的影响

介电弹性体材料(Dielectric Elastomer,简称DE)具有很强的粘弹性,由于DE材料的粘弹性具有时间依赖关系,从而使其应力-应变也具有时间依赖性,因此动态变形中,其能量转换、宏观变形等特性也必然受到粘弹性的影响。同时,DE的粘弹性和介电常数具有很强的温度依赖性。通过引入温度对介电常数、弹性模量和粘弹性松弛的影响,并结合DE的粘弹性力学模型和欧拉-拉格朗日方程,构建了不同环境温度场下的DE系统的动力学控制方程。最后,通过数值模拟,分析了温度对DE材料致动器动态性能的影响。研究结果能为DE致动器的结构设计和动态变形控制提供理论指导。     

热冲击下粘-弹塑性材料的热空化

理论分析了粘-弹塑性材料的热空化问题.引入对数应变描述塑性区域不可压理想大变形,在粘弹性区采用了小变形理论,由此给出了含单一微孔无限大粘-弹塑性介质中微孔增长问题的数学模型,通过积分方法得到了微孔增长问题的解析解,并推导出了动界面的非线性演化方程.数值算例分析了铝合金材料的热冲击温度、升温率、粘性等因素对于动界面移动规律和微孔动态增长的影响,并且得到了热空化临界温度.      

基于等效龄期的钢管拱内混凝土硬化过程热应力

为揭示大直径钢管拱内混凝土硬化过程中力学性能增长的温度依赖性因素对组合结构热力作用效应的影响机理,采用有限元程序模拟钢管拱内混凝土的水化热传导过程,并与实测温度场数据进行对比,随后基于等效龄期法考虑其对管内混凝土弹性模量增长的影响,在此基础上结合热弹性力学理论得到了硬化过程中组合结构热应力的变化规律,并与未考虑温度依赖性影响的计算结果进行比较分析.结果表明,水化热温度场加快了管内混凝土硬化过程中弹性模量的增长速度,进而导致混凝土温度应力明显增大,截面径向、环向以及纵向温度应力增幅分别可达1.3倍、1.3倍和1.4倍,但对钢管应力的影响可忽略不计.因此,在分析大直径钢管拱内混凝土硬化过程中的热力作用效应时,必须考虑水化热温度场对管内混凝土弹性模量增长的影响.     

单面受火双钢板-混凝土组合剪力墙的耐火性能试验研究

为研究双钢板-混凝土组合剪力墙结构的耐火性能,对3榀采用不同剪力件连接(螺栓连接、栓钉连接、栓钉和剪力杆组合连接)的双钢板-混凝土组合剪力墙进行了轴压力和单面ISO-834标准升温作用下的耐火性能试验,得到这种新型组合剪力墙结构在火灾下的温度场分布、轴向变形及破坏模式,并就不同剪力连接件对组合剪力墙耐火性能的影响进行了分析和比较.结果表明,剪力连接件能够保证钢板与混凝土共同工作;采用不同剪力连接件连接的组合剪力墙在火灾下的破坏模式是相同的,但不同剪力件对组合剪力墙耐火性能的影响不同,采用螺栓连接的组合剪力墙的耐火极限最短,采用栓钉和剪力杆组合连接的剪力墙耐火极限最长.     

组合柔性结构非线性柔性模型

根据组合柔性结构的结构参数对其变形特性的影响,对组合柔性结构进行了分类,并给出了组合柔性结构中柔性杆存在非线性变形的条件.考虑柔性结构的变截面特征和非线性变形的问题,对组合柔性结构的变形特性进行了分析,建立了变形求解的非线性柔性模型.最后设计并加工了一种柔性铰链-柔性杆组合结构,分别采用伪刚体模型、拟柔性模型和非线性柔性模型对其变形进行理论计算,同时采用静电驱动方式对组合柔性结构的变形进行测试.结果表明,非线性柔性模型的计算结果与实验测试结果最接近,证明了此模型和分析方法的有效性.     

工程结构的SMA超弹性阻尼研究

分析了形状记忆合金(SMA)超弹性阻尼减振技术的机理，介绍了国外对于形状记忆合金超弹性阻尼的研究成果．通过试验研究了温度、加载频率、循环次数及预变形等因素对国产NiTi合金丝的超弹性阻尼的影响．研究结果表明：①形状记忆合金的超弹性温度区间在50℃左右，阻尼性能对温度的敏感性较小；②加载频率对形状记忆合金的超弹性阻尼有一定影响，但在工程结构常用的频率范围内基本保持稳定；③循环次数在一定程度上影响形状记忆合金的超弹性行为，但在数个循环周期以后，基本趋于稳定；④通过施加预应变，形状记忆合金的超弹性阻尼性能大为改善．因此利用SMA的超弹性阻尼特性可以研制出性能良好的耗能减振装置，有效地改善和提高土木工程结构的性能．     

组合柔性结构的结构特征对其变形特性的影响

对柔性铰链与杆组成的组合柔性结构的结构特征进行了研究,认为柔性铰链与杆二者的厚度比、长度比是影响组合柔性结构变形特性的两个特征参数.以一组不同结构尺寸的组合柔性结构为例,分别采用有限元法与伪刚体模型法对其变形进行对比,分析了组合柔性结构的厚度比、长度比对其变形特性的影响;根据特征参数不同取值对组合柔性结构变形特性的影响结果,对组合柔性结构进行了分类.     

丙烯酸接枝共聚改性聚氨酯的研究

以聚醚型聚氨酯（PU）预聚物同丙烯酸（AA）反应得到丙烯酸接枝聚氨酯的共聚物.用FT-IR表征了AA-g-PU共聚物的结构,研究了单体浓度、引发剂浓度、助剂浓度以及反应温度对接枝率的影响并确定了合成聚合物的最佳工艺条件;用DSC对聚合物进行了热性能分析并对聚合物进行了粘结性能测试.结果表明丙烯酸接枝聚氨酯后的共聚物结晶...     

形状记忆合金动作元件疏水阀的研究

利用形状记忆合金(SMA)的特性开发了一种新型的热静力式蒸汽疏水阀,并论述了形状记忆合金疏水阀的结构原理和动作特性,说明了SMA弹簧的设计方法.通过与另一种热静力式蒸汽疏水阀--双金属片式疏水阀进行分析和比较,表明形状记忆合金疏水阀的开发有良好的前景.     

具有回油冷却结构的航空伺服作动器热力学建模与分析

航空矢量喷管作动器受发动机热辐射的影响严重,常采用回油冷却方式进行作动器及其部件的温度控制. 考虑发动机与伺服阀控作动器的对流、辐射以及作动器各部件之间的传热过程,建立真实工况下基于集总参数法的矢量喷管作动器热力学模型,取得了活塞在中位附近以及往复运动时作动器各部件的温度分布规律及其影响因素. 分析结果表明:活塞在中位附近时,油液流过冷却流道通过热传导作用带走热量,冷却效果显著. 活塞往复运动时,油液不断进出有杆腔和无杆腔,各节点温度达到稳定波动状态,较中位附近时的热平衡温度均有所降低. 作动器各节点温度随机闸辐射温度、环境温度和油液温度升高均升高,其中发动机机闸的辐射温度影响最为明显. 缸筒直接受机闸热辐射作用,某机闸温度从300 °C升至400 °C时,左、右两侧缸筒温度升高约40 °C. 通过对流换热作用,随环境温度、油液温度的升高作动器各节点的温度线性升高.      

形状记忆合金纤维复合材料纤维方向弹性模量的实验研究

为了验证形状记忆合金纤维复合材料纤维方向的弹性模量与细观力学理论计算结果的接近程度,进行了拉伸性能的测试.采用线性回归方法,给出了弹性模量的实验结果.试验结果表明形状记忆合金纤维复合材料纤维方向的弹性模量与细观力学理论的计算结果比较一致.